一種整合電感式多輸出單相功率因數(shù)校正變換器拓?fù)浼捌淇刂品椒夹g(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種整合電感式多輸出單相功率因數(shù)校正變換器拓?fù)浼捌淇刂品椒ā２捎靡惶纂姼泻投鄠€(gè)開(kāi)關(guān)管即可實(shí)現(xiàn)多路無(wú)交叉影響的恒流或恒壓輸出，其中電感電流工作在斷續(xù)模式。通過(guò)分時(shí)復(fù)用方法，實(shí)現(xiàn)了部分開(kāi)關(guān)器件的軟開(kāi)通與軟關(guān)斷，從而提升了效率。該裝置相對(duì)傳統(tǒng)方法減少了電感與控制器的使用數(shù)量，進(jìn)而降低了成本。該發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)為需要多路恒流或恒壓并且需要功率因數(shù)校正的應(yīng)用提供了一種高效率、低成本的解決方案。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及電力輸送，尤其多路恒流或恒壓輸出PFC變換器

技術(shù)介紹
近年來(lái)，電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，作為電力電子領(lǐng)域重要組成部分的電源技術(shù)逐漸成為應(yīng)用和研究的熱點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電源以其效率高、功率密度高而確立了其在電源領(lǐng)域中的主流地位，但其通過(guò)整流器接入電網(wǎng)時(shí)會(huì)存在一個(gè)致命的弱點(diǎn)功率因數(shù)較低(一般僅為O.45 O. 75)，且在電網(wǎng)中會(huì)產(chǎn)生大量的電流諧波和無(wú)功功率而污染電網(wǎng)。抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生諧波的方法主要有兩種一是被動(dòng)法，即采用無(wú)源濾波或有源濾波電路來(lái)旁路或消除諧波；二是主動(dòng)法，即設(shè)計(jì)新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、諧波含量低以及功率因數(shù)高等特點(diǎn)，即具有功率因數(shù)校正功能。現(xiàn)有Buck、Boost、Buck-Boost等多種功率因數(shù)校正電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。近年來(lái)，隨著消費(fèi)電子、照明等領(lǐng)域的發(fā)展，具有功率因數(shù)校正功能的多路輸出變換器得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的有源功率因數(shù)校正變換器實(shí)現(xiàn)多路輸出是分別通過(guò)多個(gè)獨(dú)立的變換器實(shí)現(xiàn)的，即使有些變換器，如變壓器耦合方式，雖可實(shí)現(xiàn)多路恒壓輸出，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)多路恒流輸出。這種通過(guò)多個(gè)變換器實(shí)現(xiàn)多路輸出的方法雖然可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，但使用電感及控制芯片的數(shù)量隨著輸出路數(shù)增加而增多,所以成本高,體積大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種整合電感式多輸出PFC的控制方法，通過(guò)各路分時(shí)復(fù)用一套電感實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正及多路恒流或恒壓輸出，減少了電感的數(shù)量，從而降低了多輸出變換器的成本和體積。本專(zhuān)利技術(shù)為實(shí)現(xiàn)其專(zhuān)利技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案是采用一套電感或變壓器和多個(gè)開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)多路恒流或恒壓輸出PFC變換器，通過(guò)對(duì)電感電流分時(shí)復(fù)用控制實(shí)現(xiàn)各路獨(dú)立調(diào)節(jié)多路輸出PFC，具體做法是對(duì)多個(gè)獨(dú)立輸出相同拓?fù)浠蛘卟煌負(fù)渥儞Q器的電感進(jìn)行整合，形成電感整合單元Iiu ;控制器CON分別從每路輸出進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)為SA1，SA2到SAn，采樣方式可以為輸出電流米樣或輸出電壓米樣；在一個(gè)工作周期內(nèi)，控制器為每路分配一定的電感復(fù)用時(shí)間，對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)為DR1，DR2到DRn，此脈沖信號(hào)用來(lái)控制各路輸出的開(kāi)關(guān)管SW1，SW2，到Sffn ;其中每一路電感電流上升與下降的時(shí)間和小于各路的復(fù)用時(shí)間，確保電感電流工作在斷續(xù)模式。本專(zhuān)利技術(shù)的目的還在于，提出一類(lèi)采用如上控制方法的變換器拓?fù)洹Ｅc現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果是I、相對(duì)于已有的多輸出功率因數(shù)校正變換器，采用本專(zhuān)利技術(shù)的多輸出功率因數(shù)校正變換器可以減少電感與控制芯片的數(shù)量，降低成本，提高功率密度；2、采用本專(zhuān)利技術(shù)的多輸出功率因數(shù)校正變換器單級(jí)即可實(shí)現(xiàn)多路恒壓或恒流輸出控制，具有效率優(yōu)勢(shì)；3、本專(zhuān)利技術(shù)的多輸出功率因數(shù)校正變換器電感電流工作在斷續(xù)模式，各路輸出分時(shí)復(fù)用控制開(kāi)關(guān)管可實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)通與零電流關(guān)斷，降低了開(kāi)關(guān)損失。下面結(jié)合附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。附圖說(shuō)明圖I為現(xiàn)有單級(jí)多路輸出功率因數(shù)校正器方案，需要多個(gè)電感和多個(gè)控制器。圖2為現(xiàn)有兩級(jí)多路輸出功率因數(shù)校正器方案，需要多個(gè)電感和多個(gè)控制器。圖3為本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施的結(jié)構(gòu)框圖，僅需單個(gè)電感和單個(gè)控制器即可實(shí)現(xiàn)多路恒流或恒壓輸出。圖4為本專(zhuān)利技術(shù)的第一個(gè)實(shí)施例裝置電感整合單元IIU為Buck-boost形式的多輸出功率因數(shù)校正器。圖5為對(duì)應(yīng)圖4的電感電流控制時(shí)序及復(fù)用方式圖解。圖6為本專(zhuān)利技術(shù)的第二實(shí)施例拓?fù)潆姼姓蠁卧狪IU為Buck形式的多輸出功率因數(shù)校正器。圖7為本專(zhuān)利技術(shù)的第三實(shí)施例拓?fù)潆姼姓蠁卧狪IU為Boost形式的多輸出功率因數(shù)校正器。圖8為本專(zhuān)利技術(shù)的第四實(shí)施例拓?fù)潆姼姓蠁卧狪IU為Cuk形式的多輸出功率因數(shù)校正器。圖9為本專(zhuān)利技術(shù)的第五實(shí)施例拓?fù)潆姼姓蠁卧狪IU為Sepic形式的多輸出功率因數(shù)校正器。圖10為本專(zhuān)利技術(shù)的第六實(shí)施例拓?fù)潆姼姓蠁卧狪IU為Flyback形式的多輸出功率因數(shù)校正器。圖11為本專(zhuān)利技術(shù)的第七實(shí)施例拓?fù)潆姼姓蠁卧狪IU為Buck與Buck-boost混合形式的雙輸出功率因數(shù)校正器。具體實(shí)施例方式圖4為本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)具體實(shí)施方式，如圖4所示為電壓型PWM控制多輸出單級(jí)Buck-boost多路恒流輸出功率因數(shù)校正拓?fù)浼翱刂茖?shí)現(xiàn)，其控制時(shí)序如圖5所示。1、2···η路輸出電流的采樣電壓信號(hào)SA1、SA2、…SAn分別與參考電壓Vref進(jìn)行比較，通過(guò)誤差放大器(ΕΑ1、ΕΑ2、…EAn)產(chǎn)生誤差信號(hào)Vel、Ve2、-Ven0鋸齒波信號(hào)Vsaw同時(shí)與誤差信號(hào)進(jìn)行比較產(chǎn)生C1、C2、…Cn信號(hào)。由分時(shí)復(fù)用控制器產(chǎn)生的分時(shí)復(fù)用信號(hào)TM給選擇器S提供選擇信號(hào)，進(jìn)而決定在一個(gè)周期內(nèi)控制器選擇每路的占空比信號(hào)Cl、C2…Cn。各路控制開(kāi)關(guān)管(SW1、SW2、…SWn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也由分時(shí)復(fù)用控制器產(chǎn)生。為了實(shí)現(xiàn)定占空比控制，誤差放大器的帶寬必須要小于2倍工頻，一般為10 20Hz左右，這樣設(shè)置的誤差放大網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸出工頻紋波及輸入的正弦電壓不會(huì)很敏感，即可實(shí)現(xiàn)定占空比要求，從而實(shí)現(xiàn)PFC。圖5為對(duì)應(yīng)圖4的電感電流控制時(shí)序圖解，由于各路均是Buck-boost結(jié)構(gòu),通過(guò)輸入濾波，對(duì)應(yīng)各路的輸入電流(Iinl_av, Iin2_av, ··· Iinn_av)均有天然I的功率因數(shù)校正能力，因此，各路輸入電流的總和(Iin)也具有天然I的功率因數(shù)校正能力。由于電感電流工作在斷續(xù)模式，圖4中SW1，SW2，…SWn可實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)通與零電流關(guān)斷，從而降低了損耗。 其他控制方法如峰值電流模式控制等傳統(tǒng)控制方法，電感的分時(shí)復(fù)用方式與上述電壓模式控制類(lèi)似，也在本專(zhuān)利技術(shù)保護(hù)范圍內(nèi)。圖6、圖7、圖8、圖9與圖10均為本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施例，對(duì)同類(lèi)型拓?fù)溥M(jìn)行了電感整合，對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，有各自不同的特點(diǎn)，其中圖8所示的多輸出結(jié)構(gòu)具有低輸出紋波的特點(diǎn)。圖11為電感整合單元IIU為Buck與Buck-boost混合形式的雙輸出功率因數(shù)校正器，屬于整合電感式混合拓?fù)湫问剑瑢?duì)多個(gè)獨(dú)立輸出不同拓?fù)涞腜FC變換器進(jìn)行電感整合,每個(gè)支路分別使用開(kāi)關(guān)管對(duì)整合電感進(jìn)行分時(shí)復(fù)用控制。圖6、圖7、圖8、圖9、圖10與圖11實(shí)施例中的整合電感式多輸出功率因數(shù)校正變換器的輸出路數(shù)可以為兩路恒流或恒壓輸出，也可以為多路恒流或恒壓輸出。權(quán)利要求1.一種整合電感式多輸出功率因數(shù)校正控制方法，其特征在于采用一套電感或變壓器和多個(gè)開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)多路恒流或恒壓輸出PFC變換器，通過(guò)對(duì)電感電流分時(shí)復(fù)用控制實(shí)現(xiàn)各路獨(dú)立調(diào)節(jié)多路輸出PFC，具體做法是對(duì)多個(gè)獨(dú)立輸出相同拓?fù)浠蛘卟煌負(fù)渥儞Q器的電感進(jìn)行整合，形成電感整合單元Iiu ;控制器CON分別從每路輸出進(jìn)行米樣,米樣信號(hào)為SAl, SA2到SAn,米樣方式可以為輸出電流采樣或輸出電壓采樣；在一個(gè)工作周期內(nèi)，控制器為每路分配一定的電感復(fù)用時(shí)間，對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)為DR1，DR2到DRn，此脈沖信號(hào)用來(lái)控制各路輸出的開(kāi)關(guān)管SW1，Sff2,到Sffn ;其中每一路電感電流上升與下降的時(shí)間和小于各路的復(fù)用時(shí)間，確保電感電流工作在斷續(xù)模式。2.采用權(quán)利要求I所述方法的整合電感式多輸出的功率因數(shù)校正變換器拓?fù)洌涮卣髟谟冢琁IU結(jié)構(gòu)可以采用Buck形式、Boost形式、Buck-Boost形式、Cuk形式、Sepic以及反激等形式，對(duì)多個(gè)獨(dú)立輸出相同拓?fù)涞腜FC變換器進(jìn)行電感整合，每個(gè)支路分別使用開(kāi)關(guān)管對(duì)整合的電感電流進(jìn)行分時(shí)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種整合電感式多輸出功率因數(shù)校正控制方法，其特征在于：采用一套電感或變壓器和多個(gè)開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)多路恒流或恒壓輸出PFC變換器，通過(guò)對(duì)電感電流分時(shí)復(fù)用控制實(shí)現(xiàn)各路獨(dú)立調(diào)節(jié)多路輸出PFC，具體做法是：對(duì)多個(gè)獨(dú)立輸出相同拓?fù)浠蛘卟煌負(fù)渥儞Q器的電感進(jìn)行整合，形成電感整合單元IIU；控制器CON分別從每路輸出進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)為SA1，SA2到SAn，采樣方式可以為輸出電流采樣或輸出電壓采樣；在一個(gè)工作周期內(nèi)，控制器為每路分配一定的電感復(fù)用時(shí)間，對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)為DR1，DR2到DRn，此脈沖信號(hào)用來(lái)控制各路輸出的開(kāi)關(guān)管SW1，SW2，到SWn；其中每一路電感電流上升與下降的時(shí)間和小于各路的復(fù)用時(shí)間，確保電感電流工作在斷續(xù)模式。

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許建平，劉雪山，王楠，陳章勇，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：西南交通大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：