WO2015051648A1 - 图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置和方法，该装置包括：图腾柱无桥PFC电路，所述图腾柱无桥PFC电路包括并联连接在第一连接点和第二连接点之间的至少两个桥臂，第一桥臂包括两个同向串联的开关管或二极管，所述第二桥臂包括同向串联的两个开关管，所述图腾柱无桥PFC电路包括至少一个PFC电感，在所述第一连接点和所述第二连接点之间还并联有滤波电容和负载。

Description

图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置和方法 技术领域

本发明涉及供电技术领域， 尤其涉及一种图腾柱无桥功率因数校正软开 关控制装置和方法。

背景技术

单相功率因数校正（ PFC )整流技术的研究正朝着高效率、 高功率密度 的趋势发展， 图腾柱无桥 PFC拓朴即是顺应这种趋势而被提出的， 如图 1所 示。 在图腾柱无桥升压变换电路系统中： 包含交流输入电压 AC, —个升压电 感 L, 四个开关管 Sl、 S2、 S3、 S4, 滤波电容 Co和负载 Ro。 在输入交流电 压 AC正半周时， 开关管 S2—直闭合， S1断开， 闭合开关管 S4, 断开开关 管 S3 , 这时电感 L的电流是增大的过程， 进行储能， 当对电感 L的储能过程 完成后， 开关管 S3闭合， 开关管 S4闭合时， 这是电感 L的电流是减小的过 程， 电感 L释放能量； 当输入交流电压为负半周时， 开关管 S1—直闭合， S2 断开， 闭合开关管 S3 , 断开开关管 S4, 这时电感电流不断增大， 对电感进行 储能， 当对电感 L储能完成后， 闭合开关管 S4, 断开开关管 S3 , 这时电感电 流减小， 电感 L释放能量。

在上述的图腾柱无桥 PFC电路系统中， 由于该拓朴结构本身的限制， 图 腾柱 PFC不能像双向开关无桥 PFC—样， 利用快恢复二极管的特性来改善 EMI,同时 CCM模式的硬开关特性使其并不能满足业界日益增长的高效率的 需求。 为解决上述问题， 可使用基于 TCM ( triangular current mode )模式的， 根据图腾柱简约的拓朴结构， 若控制其在 TCM模式下实现全交流输入电压、 全负载范围内的 ZVS ( zero voltage switching )特性或 VS ( valley switching ) 特性， 可以同时满足高功率密度、 高效率的要求。

然而， 在上述控制策略进行实践和研究的过程中， 存在以下问题： 在现 有的图腾柱变换电路系统中，需要及时准确地检测 PFC的电感电压翻转信号， 用于实现工频开关管 S1、S2和高频开关管 S3、S4的时序控制，从而实现 TCM 模式下全输入交流电压、 全负载范围内的 ZVS或 VS控制。 否则， 会导致开 关管上还有很大电压的时候就导通， 图腾柱无桥 PFC的效率低下。 发明内容

本发明实施例提供了一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置和方 法， 解决了图腾柱无桥 PFC的效率低下的问题。

一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置， 包括图腾柱无桥 PFC电 路， 所述图腾柱无桥 PFC电路包括并联连接在第一连接点和第二连接点之间 的至少两个桥臂， 第一桥臂包括两个同向串联的开关管或二极管， 所述第二 桥臂包括同向串联的两个开关管， 所述图腾柱无桥 PFC 电路包括至少一个 PFC 电感， 在所述第一连接点和所述第二连接点之间还并联有滤波电容和负 载， 该装置还包括：

电压检测模块、 信号处理模块和开关控制模块；

所述电压检测模块， 连接在所述图腾柱无桥 PFC电路的 PFC电感上，设 置为检测所述 PFC电感上的电压；

所述信号处理模块， 与所述电压检测模块相连， 设置为接收所述电压检 测模块所检测出的电压信号， 在所述 PFC电感上的电压由正向负翻转或者由 负向正翻转时输出方波信号并在经过一定时间的延迟后将所述方波信号经过 处理成为开关管软开关或谷底开通信号提供给所述开关控制模块；

所述开关控制模块与所述图腾柱无桥 PFC电路的全部开关管均相连。 较佳的， 所述电压检测模块通过电阻连接在所述 PFC电感的两端。 较佳的， 所述电压检测模块通过单一电感辅助绕组耦合在所述 PFC电感 的磁芯上。

较佳的， 所述电压检测模块通过第一电感辅助绕组和第二电感辅助绕组 与所述 PFC电感的磁芯耦合， 所述第一电感辅助绕组的第一端与所述第二电 感辅助绕组的第一端是同名端， 所述第二电感辅助绕组的第二端与所述第二 电感辅助绕组的第一端连接在一起并接地。

较佳的， 所述信号处理模块包括： 比较单元、 延迟单元、 输入电压极性 判断单元和通道选择单元， 其中： 所述电压检测模块设置为通过两路输出来输出所述 PFC电感两端的电压 信号， 所述电压检测模块通过所述两路输出中的其中一路与所述比较单元的 正相输入端相连， 通过所述两路输出中的另一路与所述比较单元的反向输入 端相连；

当所述 PFC电感上的电压由正向负翻转或者由负向正翻转时， 所述比较 单元设置为向所述延迟单元输出方波信号， 所述延迟单元设置为经过一定时 间的延迟后送入通道选择单元， 所述通道选择单元设置为根据输入电压极性 判别单元所输出的输入电压极性， 进行通道选择出所对应的所述电压检测模 块的方波信号后， 送入所述开关控制模块。

本发明实施例还提供了一种使用上述图腾柱无桥功率因数校正软开关控 制装置的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制方法， 包括：

信号处理模块对 PFC电感电压的翻转进行检测；

在检测到所述 PFC电感上的电压发生翻转时， 所述信号处理模块生成开 关管软开关触发或谷底开通信号， 并发送给开关控制模块。

较佳的， 所述信号处理模块对 PFC电感电压的翻转进行检测包括： 所述信号处理模块的比较单元接收所述电压检测模块发送的所述 PFC电 感上的电压。

较佳的， 所述在检测到所述 PFC电感上的电压发生翻转时， 所述信号处 理模块生成开关管软开关触发或谷底开通信号，并发送给开关控制模块包括： 所述比较单元在所述 PFC 电感上的电压发生正向负翻转或负向正翻转 时， 生成方波信号并向所述信号处理模块的延迟单元发出；

所述延迟单元将所述方波信号进行延迟后， 向所述信号处理模块的通道 选择单元发出；

所述通道选择单元根据所述信号处理模块的输入电压极性判断单元所输 出的电压极性， 选择对应的开关管软开关触发或谷底开通信号， 向所述开关 控制模块发出。

较佳的， 所述在检测到所述 PFC电感上的电压发生翻转时， 所述信号处 理模块生成开关管软开关触发或谷底开通信号， 并发送给开关控制模块的步 骤之后， 还包括：

所述开关控制模块将对应开关管进行强制导通， 使所述开关管的零电压 开通或者谷底开通。

较佳的， 该方法还包括：

所述图腾柱无桥 PFC电路中的任一开关管关断， 且该开关管的体二极管 反向恢复完成后， 所述图腾柱无桥 PFC电路与所述开关管上的结电容发生谐 振， 所述 PFC电感上的电压产生电压翻转。

本发明实施例提供了一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置和方 法，检测 PFC电感电压的翻转，在检测到所述 PFC电感上的电压发生翻转时， 信号处理模块生成开关管软开关触发或谷底开通信号， 并发送给开关控制模 块， 实现了实时对 PFC电感电压的监测及基于该监测方式的电路控制， 解决 了图腾柱无桥 PFC电路效率低的问题。 附图概述

图 1是图腾柱无桥 PFC系统的结构示意图；

图 2是本发明的实施例一提供的一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控 制装置的结构示意图；

图 3是本发明的实施例二提供的一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控 制装置的结构示意图；

图 4是本发明的实施例二中所涉及的电压检测模块和信号处理模块的内 部结构示意图；

图 5是交流输入电压小于二分之一输出电压时本发明的实施例二提供的 图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置的工作过程波形图；

图 6是交流输入电压大于二分之一输出电压时本发明的实施例二提供的 图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置的工作过程波形图； 图 Ί是将图 4中的比较单元 Τ2用反相器来替代后得到的电压检测模块和 信号处理模块的内部结构示意图；

图 8是釆用单辅助绕组的两端经过分压电阻和钳位二极管之后作为比较 器的正负输入时的电压检测模块和信号处理模块的内部结构示意图；

图 9是本发明的实施例二提供的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装 置中直接通过分压电阻进行直接检测电感两端的电压的电路示意图；

图 10是图腾柱无桥 PFC电路交错并联的结构示意图；

图 11是釆用如图 10所示的交错并联结构的图腾柱无桥 PFC电路软开关 控制装置的结构示意图；

图 12 是本发明的实施例二提供的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制 装置的信号处理电路工作波形图；

图 13 是本发明的实施例三提供的一种图腾柱无桥功率因数校正软开关 控制方法的流程图。

本发明的较佳实施方式 在现有的图腾柱变换电路系统中， 基于以上控制思路， 需要及时准确地 检测 PFC电路的电感电压翻转信号， 用于实现工频开关管 Sl、 S2和高频开 关管 S3、 S4的时序控制， 从而实现 TCM模式下全输入交流电压、 全负载范 围内的 ZVS或 VS控制。

为了解决上述问题， 本发明的实施例提供了一种图腾柱无桥功率因数校 正软开关控制装置和方法。 下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说 明。 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特 征可以相互任意组合。

首先结合附图， 对本发明的实施例一进行说明。

本发明实施例提供了一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置， 避 免开关管上还有很大电压的时候就导通， 提高图腾柱无桥 PFC电路的效率。 为了实现上述的目的， 本发明实施例的图腾柱无桥功率因数校正软开关 控制装置结构如图 2所示， 包括： 图腾柱无桥 PFC电路、 电压检测模块、 信 号处理模块和开关控制模块， 其中：

所述图腾柱无桥 PFC电路包括并联连接在第一连接点和第二连接点之间 的至少两个桥臂， 第一桥臂包括两个同向串联的开关管或二极管， 第二桥臂 包括同向串联的两个开关管，所述图腾柱无桥 PFC电路包括至少一个 PFC电 感， 在所述第一连接点和所述第二连接点之间还并联有滤波电容和负载。 所 述电压检测模块， 连接在所述图腾柱无桥 PFC电路的 PFC电感上， 设置为检 测所述 PFC电感上的电压；

所述信号处理模块， 与所述电压检测模块相连， 设置为接收所述电压检 测模块所检测出的信号， 在所述 PFC电感上的电压由正向负翻转或者由负向 正翻转时输出方波信号并在经过一定时间的延迟后将所述方波信号经过处理 成为开关管软开关或谷底开通信号提供给所述开关控制模块；

所述开关控制模块与所述图腾柱无桥 PFC电路的全部开关管均相连。 所述的电压检测模块是在所述图腾柱无桥 PFC电路的 PFC电感上增加辅 助绕组， 也可以釆用电阻直接检测 PFC电感两端上的电压， 用来检测电感上 的电压。 较佳的， 电压检测模块可能通过电阻连接在所述 PFC电感的两端； 也可以通过单一电感辅助绕组耦合在所述 PFC电感的磁芯上； 还可以通过第 一电感辅助绕组和第二电感辅助绕组与所述 PFC电感的磁芯耦合， 所述第一 电感辅助绕组的第一端与所述第二电感辅助绕组的第一端是同名端， 所述第 二电感辅助绕组的第二端与所述第二电感辅助绕组的第一端连接在一起并接 地。

所述的 PFC电感的电流在一个开关周期内从最小值上升到最大值， 然后 从最大值降低到最小值， 因此 PFC电感上的电压在一个开关周期内会发生两 次翻转， 一次是由正电压到负电压的翻转， 一次是从负电压到正电压的翻转； 所述的电压检测模块将所检测到的 PFC 电感电压送到比较单元进行处 理， 所述的比较单元的正相输入端与所釆样的 PFC电感一端电压信号相连， 所述的比较单元的反向输入端与所釆样的 PFC电感另一端电压信号相连； 由 于 PFC电感电压会在电感电流最大值和最小值处发生翻转， 所以比较单元在 PFC电感电流最大和最小处会发生翻转， 得到一个方波信号；

当图腾柱无桥 PFC电路的开关管关断时， 并且其体二极管反向恢复完成 后， PFC电感与开关管上的结电容发生谐振， 此时 PFC电感上的电压发生翻 转， 由负变成正的， 比较单元就会输出一个从低电平到高电平的上升沿， 将 此上升沿通过延迟单元， 经过一定时间的延迟， 此时开关管的电压谐振到零 或者谐振到谷底， 将此信号送入开关控制模块， 作为对应开关管的开通判断 信号， 对所述的开关管进行强制导通， 实现所述开关管的零电压开通或者谷 底开通。

在信号处理模块中还包括比较单元、 延迟单元、 输入电压极性判断单元 和通道选择单元。 比较单元的正相输入端与所述图腾柱无桥 PFC电路的 PFC 电感电压 （或者电压基准相连） ， 反相输入端与所述图腾柱无桥 PFC 电路 的 PFC电感电压的另一端相连， 设置为检测所述电感电压发生翻转的信号， 输出端与信号处理模块的输入端相连。 由于比较单元上的正相输入端的电压 和反相输入端的电压会不断的变化， 所以比较单元的输出端会不断地进行高 低电平切换， 这样比较单元就会得到一个方波信号， 该信号进入延迟单元。 所述延迟单元的输入端与所述的电压检测模块比较单元的输出端相连， 经过 一定时间的延迟， 输出信号进入通道选择单元， 通道选择单元的选择端与所 述交流输入电压极性判断单元的输出端相连，通过判断交流输入电压的极性， 选择不同的电压检测模块的输出， 此时开关管上的电压 （若开关管是 MOSFET, 则为 DS电压）谐振到 0V或者谐振到谷底最小值， 将信号处理模 块的输出信号送入开关控制模块， 用来触发图腾柱无桥 PFC电路对应的开关 管导通， 就可以实现图腾柱无桥 PFC电路的开关管的零电压导通或者是谷底 开通。

下面结合附图， 对本发明的实施例二进行说明。

图 3为本发明实施例提供的一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装 置的结构示意图， 图 4为本发明实施例中所涉及的电压检测模块和信号处理 模块的内部结构示意图。 本发明实施例以一个应用实例对本发明实施例的图 腾柱无桥 PFC电路的软开关控制装置进行说明， 当然该图腾柱无桥功率因数 校正软开关控制装置并不限于本实施例的这种形式， 本领域技术人员还可以 根据其掌握的专业知识选择釆用其他类似形式， 只要能实现上述各模块的功 能即可。 此处电压检测模块以检测图腾柱无桥 PFC电感上的电压为例进行说 明， 如图 4所示。 在图腾柱无桥 PFC电感上增加绕制两个辅助绕组， 分别用 来检测交流输入电压正半周和交流输入电压负半周时电感上的所对应的不同 电压， 辅助绕组 1的 A1端与辅助绕组 2的 B1端是同名端， 辅助绕组 1的 A2端与辅助绕组 2的 B1端连接在一起， 并接地。 辅助绕组 1的 A1与分压 电阻 Rl、 R2相连， 然后再经过钳位二极管 VD1和 VD2, 使得检测到的电压 范围为 0 3.3V; 辅助绕组 2的 B2端也一样先经过分压电阻 R3、 R4, 然后再 与钳位二极管 VD3 和 VD4相连， 同样地， 其检测到的电压信号也钳位在 0-3.3V之间。 由于辅助绕组 1的 A1端和辅助绕组 2的 B2端是两个异名端， 并且它们的另一端共同连接到地， 所以 A1端检测到的信号与 B2端检测到的 信号是相反的。

所述信号处理模块中的两个比较单元 T1和 T2, 其中， 将辅助绕组 2的

B2端经过分压电阻和钳位二极管后的信号作为比较器 T1的正相输入信号， 将辅助绕组 1的 A1端经过分压电阻和钳位二极管后的信号作为 T1的反向输 入信号； 比较单元 T2的正反相的输入信号恰好与比较单元 1的相反。 这样， 比较单元 T1和比较单元 T2的输出信号恰好是相反的。 当交流输入电压为正 半周时， 其工作过程的波形图如图 5和 6所示， 图腾柱无桥 PFC电路的开关 管以 MOSFET为例， 其中， 图 5是交流输入电压小于二分之一的输出电压的 情况， 图 6是交流输入电压大于二分之一的输出电压的情况。 在交流输入电 压工频正半周时， 图 3中， 第二开关管 S2—直保持导通， 当第四开关管 S4 导通时， PFC电感上的电流开始上升，辅助绕组 1的 A1端检测到的电压为正， 而辅助绕组 2的 B2端检测到电压为负， 所以比较单元 T2的输出为高电平， 而比较单元 T1 的输出为低电平。 当电感电流上升到最大值时， 第四开关管 S4关断， 第三开关管 S3导通， 此时电感电流开始下降， 当电感电流下降到 0 时， 关断第三开关管 S3 , 由于第三开关管 S3的体二极管存在反向恢复时间， 所以电感电流开始反向增大， 接下来电路处于谐振状态， 开关管 S4的 DS电 压慢慢谐振到 0V或者谐振到谷底， 电感辅助绕组 1 的 A1端检测到的电压 V_auxi由正变成负， 而电感辅助绕组 2的 B2端检测到的电压 V_aux2正好相反， 所以比较单元 T2的输出信号由低电平向高电平产生翻转，将此翻转信号加一 定的时间延迟， 用来作为开关控制模块的触发条件， 给 MOS管的 GS产生驱 动信号， 来开通第四开关管 S4, 这样就能实现第四开关管的零电压导通或者 谷底开通， 以减小开通的损耗， 提高效率。 由于电路的对称性， 当交流输入 电压在工频负半周时，比较器单元 T1同样会得到一个由低电平到高电平的翻 转信号， 同样作为开关控制模块的触发条件， 来开通第三开关管 S3 , 这样就 能实现交流输入电压负半周时第三开关管的零电压导通或者谷底开通， 降低 开关管损耗， 提高效率。

由以上分析可以知道， 比较单元 T1和比较单元 T2的输出信号是完全相 反的， 所以可以把比较单元 T2用反相器来替代， 如图 7所示， 由比较单元 T1输出工频交流输入电压为负半周的检测信号， 然后将该信号经过反相器， 得到工频交流输入电压正半周的检测信号， 该反相功能可以由硬件实现， 也 可以由数字信号处理（Digital Signal Processing, 简称 DSP )釆用软件实现。

由于上述的辅助绕组 1和辅助绕组 2所检测到的电压正好是相反的， 所 以可以釆用单辅助绕组的两端经过分压电阻和钳位二极管之后作为比较器的 正负输入， 如图 8所示， 可以得到交流输入电压在负半周时的电感电压信号 检测， 然后釆用反相器同样可以得到交流输入电压在正半周时的电感电感电 压检测。

图 9是本发明实施例提供的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置中 直接通过分压电阻进行直接检测电感两端的电压的电路示意图。

为了提高电源模块的功率密度， 往往会釆用交错并联的图腾柱无桥 PFC 电路。 如图 10所示， 为一种交错并联的图腾柱无桥 PFC电路的电路图。

图 11所示的是釆用如图 10所示的交错并联结构的图腾柱无桥 PFC电路 软开关控制装置， 其实现原理与图 3所示的图腾柱无桥 PFC电路软开关控制 装置相同， 在第一相电感两侧连接第一相电感电压检测模块， 在增加的第二 相电感上同样进行第二相电感电压检测模块， 其检测到的信号用来作为第二 相开关管导通的条件。

图 12所示的是信号处理电路的工作波形，在交流输入电压 Vin为正半周 时， 得到有效的电压检测信号 Vzcd2, 而 Vzcdl为无效的信号， 相反， 在交 流输入电压 Vin为负半周时， 得到有效的电压检测信号 Vzcdl , 而 Vzcd2则 为无效的信号。 因此， 利用开关控制单元提供代表正半周和负半周的工频信 号 V_P。_S、 V_Neg,这两个信号即用来控制图 3中第一开关管和第二开关管的开通 或闭合， 也用于分别将正负半周的无用信号屏蔽掉后， 得到正负半周均有效 的电压检测信号 Vzcd。 为了方便说明，本发明实施例中以图腾柱无桥 PFC电路釆用开关管为例。 特别的， 亦可以二极管替代开关管。 釆用二极管时， 本发明实施例所提供的 图腾柱无桥 PFC电路所具备的功能和达到的效果与釆用开关管无异， 实现原 理亦相同， 在此不再重复说明。

下面结合附图， 对本发明的实施例三进行说明。 本发明实施例提供了一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控制方法， 与 本发明的实施例一与实施例二所提供的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制 无桥 PFC电路中的开关管。 本发明实施例中， 以图腾柱无桥 PFC电路釆用开 关管为例， 流程如图 13所示， 包括：

步骤 1301、 信号处理模块对 PFC电感电压的翻转进行检测；

本步骤中， 所述信号处理模块的比较单元接收所述电压检测模块发送的 所述 PFC电感上的电压。

步骤 1302、在检测到所述 PFC电感上的电压发生翻转时， 所述信号处理 模块生成开关管软开关触发或谷底开通信号， 并发送给开关控制模块；

本发明实施例中， 图腾柱无桥 PFC电路中的任一开关管关断， 且该开关 管的体二极管反向恢复完成后， 所述 PFC电路与所述开关管上的结电容发生 谐振， 所述 PFC电感上的电压产生电压翻转。 参见本发明的实施例一与实施 例二中的相关说明。 本步骤中，

1、 所述比较单元在所述 PFC 电感上的电压发生正向负翻转或负向正翻 转时， 生成方波信号并向所述信号处理模块的延迟单元发出；

2、 所述延迟单元将所述方波信号进行延迟后， 向所述信号处理模块的通 道选择单元发出；

3、所述通道选择单元根据所述信号处理模块的输入电压极性判断单元所 输出的电压极性， 选择对应的开关管软开关触发或谷底开通信号， 向所述开 关控制模块发出。

步骤 1033、 所述开关控制模块将对应开关管进行强制导通， 使所述开关 管的零电压开通或者谷底开通。

本发明的实施例提供了一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置和 方法，检测 PFC电感电压的翻转， 在检测到所述 PFC电感上的电压发生翻转 时， 信号处理模块生成开关管软开关触发或谷底开通信号， 并发送给开关控 制模块， 实现了实时对 PFC电感电压的监测及基于该监测方式的电路控制， 解决了图腾柱无桥 PFC电路效率低的问题。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的全部或部分步骤可以使用计 算机程序流程来实现，所述计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中， 所述计算机程序在相应的硬件平台上（如系统、 设备、 装置、 器件等）执行， 在执行时， 包括方法实施例的步骤之一或其组合。

可选地， 上述实施例的全部或部分步骤也可以使用集成电路来实现， 这 些步骤可以被分别制作成一个个集成电路模块， 或者将它们中的多个模块或 步骤制作成单个集成电路模块来实现。 这样， 本发明不限制于任何特定的硬 件和软件结合。

上述实施例中的各装置 /功能模块 /功能单元可以釆用通用的计算装置来 实现， 它们可以集中在单个的计算装置上， 也可以分布在多个计算装置所组 成的网络上。

上述实施例中的各装置 /功能模块 /功能单元以软件功能模块的形式实现 并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。 上述提到的计算机可读取存储介质可以是只读存储器， 磁盘或光盘等。

任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想 到变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护范 围应以权利要求所述的保护范围为准。

工业实用性

本发明实施例实现了实时对 PFC电感电压的监测及基于该监测方式的电 路控制， 解决了图腾柱无桥 PFC电路效率低的问题。

Claims

权 利 要 求 书

1、一种图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置， 包括图腾柱无桥功率 因数校正（PFC ) 电路， 所述图腾柱无桥 PFC电路包括并联连接在第一连接 点和第二连接点之间的至少两个桥臂， 第一桥臂包括两个同向串联的开关管 或二极管， 所述第二桥臂包括同向串联的两个开关管， 所述图腾柱无桥 PFC 电路包括至少一个 PFC电感， 在所述第一连接点和所述第二连接点之间还并 联有滤波电容和负载， 该装置还包括：

电压检测模块、 信号处理模块和开关控制模块；

所述电压检测模块， 连接在所述图腾柱无桥 PFC电路的 PFC电感上，设 置为检测所述 PFC电感上的电压；

所述信号处理模块， 与所述电压检测模块相连， 设置为： 接收所述电压 检测模块所检测出的电压信号， 在所述 PFC电感上的电压由正向负翻转或者 由负向正翻转时输出方波信号， 并在经过一定时间的延迟后将所述方波信号 经过处理成为开关管软开关或谷底开通信号提供给所述开关控制模块；

所述开关控制模块与所述图腾柱无桥 PFC电路的全部开关管均相连。

2、根据权利要求 1所述的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置， 其 中， 所述电压检测模块通过电阻连接在所述 PFC电感的两端。

3、根据权利要求 1所述的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置， 其 中 ,所述电压检测模块通过单一电感辅助绕组耦合在所述 PFC电感的磁芯上。

4、根据权利要求 1所述的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置， 其 中， 所述电压检测模块通过第一电感辅助绕组和第二电感辅助绕组与所述 PFC 电感的磁芯耦合， 所述第一电感辅助绕组的第一端与所述第二电感辅助 绕组的第一端是同名端， 所述第二电感辅助绕组的第二端与所述第二电感辅 助绕组的第一端连接在一起并接地。

5、根据权利要求 1所述的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制装置， 其 中， 所述信号处理模块包括： 比较单元、 延迟单元、 输入电压极性判断单元 和通道选择单元， 其中：

所述电压检测模块还设置为： 通过两路输出来输出所述 PFC电感两端的 电压信号， 通过所述两路输出中的一路与所述比较单元的正相输入端相连， 通过所述两路输出中的另一路与所述比较单元的反向输入端相连；

当所述 PFC电感上的电压由正向负翻转或者由负向正翻转时， 所述比较 单元设置为向所述延迟单元输出方波信号， 所述延迟单元设置为经过一定时 间的延迟后将所述方波信号送入通道选择单元， 所述通道选择单元设置为根 所述电压检测模块的方波信号后， 送入所述开关控制模块。

6、一种使用权利要求 1至 5所述的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制 装置的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制方法， 其包括：

信号处理模块对 PFC电感电压的翻转进行检测；

在检测到所述 PFC电感上的电压发生翻转时， 所述信号处理模块生成开 关管软开关触发或谷底开通信号， 并发送给开关控制模块。

7、根据权利要求 6所述的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制方法， 其 中， 所述信号处理模块对 PFC电感电压的翻转进行检测包括：

所述信号处理模块的比较单元接收所述电压检测模块发送的所述 PFC电 感上的电压。

8、根据权利要求 7所述的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制方法， 其 中， 所述在检测到所述 PFC电感上的电压发生翻转时， 所述信号处理模块生 成开关管软开关触发或谷底开通信号， 并发送给开关控制模块包括：

所述比较单元在所述 PFC 电感上的电压发生正向负翻转或负向正翻转 时， 生成方波信号并向所述信号处理模块的延迟单元发出；

所述延迟单元将所述方波信号进行延迟后， 向所述信号处理模块的通道 选择单元发出；

所述通道选择单元根据所述信号处理模块的输入电压极性判断单元所输 出的电压极性， 选择对应的开关管软开关触发或谷底开通信号， 向所述开关 控制模块发出。

9、根据权利要求 8所述的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制方法， 其 中， 所述在检测到所述 PFC电感上的电压发生翻转时， 所述信号处理模块生 成开关管软开关触发或谷底开通信号， 并发送给开关控制模块的步骤之后， 还包括：

所述开关控制模块将对应开关管进行强制导通， 使所述开关管的零电压 开通或者谷底开通。

10、 根据权利要求 7所述的图腾柱无桥功率因数校正软开关控制方法， 该方法还包括：

所述图腾柱无桥 PFC电路中的任一开关管关断， 且该开关管的体二极管 反向恢复完成后， 所述图腾柱无桥 PFC电路与所述开关管上的结电容发生谐 振， 所述 PFC电感上的电压产生电压翻转。