專利名稱：插頻模式級聯(lián)離線pfc-pwm開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離線開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器技術(shù)，尤其是級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器 控制系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
目前，開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，特別是大功率開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，廣泛采 用同步控制模式的級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，其控制環(huán)路簡單、無須斜坡補 償和頻率補償、所需外圍元器件少、方便客戶使用。 如圖1所示的同步控制模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)包括兩級電 路，其中第一級為升壓型功率因數(shù)調(diào)整電路，包括PFC模塊(10)和PFC控制信號產(chǎn)生模塊 (12)，所述的PFC模塊(10)包括電感L1、開關(guān)SW1、開關(guān)SW2、反相器(138)以及電容C1，所 述的PFC控制信號產(chǎn)生模塊(12)包括誤差放大器(128)、振蕩器(150)、比較器(130) 、D觸 發(fā)器(132);第二級為DC-DC轉(zhuǎn)換電路，包括P麗模塊(11)和P麗控制信號產(chǎn)生模塊(13)， 所述的P麗模塊(11)包括電感L2、開關(guān)SW3、開關(guān)SW4、反相器140以及電容C2，所述的P麗 控制信號產(chǎn)生模塊(13)包括占空比限制器(134)和D觸發(fā)器(136)。 第一級升壓型功率因數(shù)調(diào)整電路采用上升沿調(diào)制技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)時鐘(即PFC控制 信號產(chǎn)生模塊的振蕩器產(chǎn)生的時鐘CLK)的上升沿來臨時，開關(guān)SW1斷開；當(dāng)PFC控制信號 產(chǎn)生模塊的振蕩器三角波上升到大于PFC控制信號產(chǎn)生模塊的誤差放大器輸出電壓VEAO 時(如圖2所示)，開關(guān)SW1導(dǎo)通。開關(guān)SW1、 SW2的控制信號的占空比是變化的，以使得 VOUT保持不變。 第二級DC-DC轉(zhuǎn)換電路采用下降沿調(diào)整技術(shù)，即當(dāng)系統(tǒng)時鐘下降沿來臨時，開關(guān) SW3導(dǎo)通；當(dāng)pfc控制信號產(chǎn)生模塊的振蕩器三角波上升到大于pfc控制信號產(chǎn)生模塊的 誤差放大器輸出電壓VEAO時，開關(guān)SW3斷開。開關(guān)SW3、 SW4的占空比通常是恒定的，只有 當(dāng)?shù)诙壍妮斎腚妷?即Cl上的電壓)變化時才變化。 如圖1所示的同步控制模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)使用同一系統(tǒng) 時鐘產(chǎn)生同步時序的控制信號控制開關(guān)SW1和SW3，如圖3、4、5所示。 紋波電壓可以用來衡量從交流電壓竄入直流電壓的量。對于附圖1所示的同步控 制模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)來說，PFC輸出級的紋波電壓可以分為兩個 分量第一分量是由于電容Cl、 C2上的等效電阻ESR導(dǎo)致的，第二分量是電容Cl上電壓的 變化導(dǎo)致的。當(dāng)PFC級和P麗級都工作在連續(xù)電流模式時，Cl上的紋波電壓大小為 ^W^/e = (/2max — /3 )x + 0.433 x )'"，(等式1)
流經(jīng)開關(guān)SW2的最大電流I2max為
<formula>formula see original document page 4</formula>(等式2)
因為第一級轉(zhuǎn)換器主要工作在電流模式，而電流頻率受工頻限制。所以第一級電 壓控制回路被設(shè)計成緩慢響應(yīng)，以便電流能夠跟隨電壓變化。這樣第二級轉(zhuǎn)換器就需要更 快速和更精確的電壓控制。 在系統(tǒng)啟動時或負(fù)載瞬間變化時，系統(tǒng)需要一段時間才能到達(dá)它的最大負(fù)載能 力。如果給予的時間小于這段時間，將導(dǎo)致第一級轉(zhuǎn)換器關(guān)閉。因此，第一級轉(zhuǎn)換器的輸出 電壓受dc ok比較器監(jiān)測。當(dāng)?shù)谝患壒β室驍?shù)調(diào)節(jié)級的輸出電壓低于380伏直流電壓時， 第二級脈沖寬度調(diào)節(jié)級將被dc ok比較器關(guān)閉。 一旦第一級輸出電壓高于380伏直流電壓 時，第二級脈沖寬度調(diào)節(jié)級將被開啟。 上述同步控制模式的級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)缺點為由于PFC、 P麗采用同步時鐘，所以PFC、 P麗只能采用同一工作頻率。由于第一級轉(zhuǎn)換器工作頻率受 工頻限制，所以頻率較低。當(dāng)?shù)诙夀D(zhuǎn)換器采用同步時鐘時，也就意味著第二級轉(zhuǎn)換器的工 作頻率也受到了限制。第二級轉(zhuǎn)換器在實現(xiàn)更快速和更精確的電壓控制時，存在頻率限制。 同時限制了電感L1、 L2和電容C1的取值，無法更進(jìn)一步降低電容C1上的紋波和削減電感 的成本；限制了功率因數(shù)調(diào)整系數(shù)的提高。 為了改善P麗級的頻率響應(yīng)，可以將P麗時鐘頻率設(shè)為第一級轉(zhuǎn)換器工作時鐘頻 率的兩倍。但此時SCV1與SCV3同時導(dǎo)通的時間將下降到如圖1所示的同步控制模式級聯(lián) PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)的一半，將導(dǎo)致紋波變大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是同步控制模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)存在的 不足，提供插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，克服工頻頻率限制，降低 紋波電壓以及降低系統(tǒng)成本。 本發(fā)明還提供了插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制方法。 插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，包括PFC模塊、P麗模塊、
PFC控制信號產(chǎn)生模塊和插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊 所述PFC模塊，進(jìn)行交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換，通過第一端口和第二端口接入 交流電壓VIN，通過第一電容輸出直流電壓，即PFC模塊的輸出電壓，第一開關(guān)組的控制信 號控制第一開關(guān)組調(diào)整輸入電流，使輸入電流的波形接近輸入電壓的波形，即使輸入電壓 變化，第一電容C1輸出直流電壓仍穩(wěn)定保持在設(shè)定值。 所述P麗模塊，將所述PFC模塊的輸出電壓轉(zhuǎn)換到控制系統(tǒng)的輸出電壓，使得所述 控制系統(tǒng)的輸出電壓達(dá)到設(shè)定直流電壓值，P麗模塊的輸入端口連接所述第一電容的兩端， 第二開關(guān)組的控制信號控制第二開關(guān)組，所述控制系統(tǒng)的輸出電壓通過第三端口和第四端 口輸出，所述第四端口連接第二端口； 所述PFC控制信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生第一開關(guān)組的控制信號； 所述插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生第而開關(guān)組的控制信號； 所述第一電容充電的過程中，第二電容間隔充電。 所述PFC模塊包括第一電感、由第一開關(guān)、第二開關(guān)和第一反向器構(gòu)成的所述第 一開關(guān)組以及所述第一電容，所述第一電感的一端接輸入電壓的第一端口，電感的另一端 接所述第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述第一電容連接在第一開關(guān)的另一端和第二開關(guān)的另一端之間，第一開關(guān)和第一電容的連接端連接第二端口 ，第一開關(guān)的第一控制信號經(jīng)過第一反 相器反相后產(chǎn)生第二開關(guān)的控制信號。 所述P麗模塊包括第二電感、由第三開關(guān)、第四開關(guān)和第二反相器構(gòu)成的所述第 二開關(guān)組以及所述的第二電容，第三開關(guān)一端串接第二開關(guān)，第三開關(guān)的另一端接第四開 關(guān)和第二電感，第二電容連接在的第四開關(guān)的另一端和第二電感的另一端，第四開關(guān)和第 二電容的連接端連接第二端口，第三開關(guān)的第二控制信號經(jīng)過反相器反相后產(chǎn)生第四開關(guān) 的控制信號。 所述PFC控制信號產(chǎn)生模塊包括誤差放大器、振蕩器、比較器、第一 D觸發(fā)器，所述 控制系統(tǒng)的輸出電壓經(jīng)過分壓輸入到所述誤差放大器的正輸入端，參考電壓輸入到誤差放 大器的負(fù)輸入端，誤差放大器的輸出端接比較器正輸入端，振蕩器產(chǎn)生的三角波信號輸入 到比較器的負(fù)輸入端，比較器的輸出端接到第一 D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端D，振蕩器產(chǎn)生的時 鐘輸入到第一 D觸發(fā)器的時鐘輸入端，D觸發(fā)器的Q輸出端產(chǎn)生所述的第一開關(guān)信號；
所述插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊包括P麗時鐘發(fā)生器和D觸發(fā)器，所述振蕩 器的三角波輸入到P麗時鐘發(fā)生器的輸入端，P麗時鐘發(fā)生器的輸出端連接到第二 D觸發(fā) 器的時鐘輸入端，比較器的輸出端接到第二 D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端D，第二 D觸發(fā)器的Q輸 出端產(chǎn)生所述第二開關(guān)信號。 P麗時鐘發(fā)生器，包括第二比較器、第三比較器、第四比較器和邏輯電路，所述振 蕩器的三角波分別輸入到第二比較器、第三比較器、第四比較器的正輸入端，第二閾值電壓 VTH0、第三閾值電壓VTH1、第四閾值電壓VTH2分別輸入到第二比較器、第三比較器、第四比 較器的負(fù)輸入端，第二比較器、第三比較器、第四比較器的輸出連接到邏輯電路的輸入端， 邏輯電路進(jìn)行邏輯運算，產(chǎn)生P麗時鐘CLK_PWM。 所述P麗時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘相當(dāng)于將傳統(tǒng)的時鐘高電平部分一分為二。
如上所述的插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)的控制方法包 括如下步驟 (1)插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器輸入交流電壓VIN，所述的PFC模 塊、P麗模塊、PFC控制信號產(chǎn)生模塊和插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊處于工作狀態(tài)；
(2)當(dāng)振蕩器三角波低于誤差放大器輸出電壓時，PFC控制信號產(chǎn)生模塊輸出第 一控制信號使得第一開關(guān)斷開，第二開關(guān)導(dǎo)通，第一電容開始充電；同時插頻模式P麗控制 信號產(chǎn)生模塊輸出第二控制信號，由于P麗時鐘發(fā)生器在第一電容的充電周期內(nèi)產(chǎn)生兩個 正脈沖時鐘信號在正脈沖時鐘信號期間，第三開關(guān)導(dǎo)通，第四開關(guān)斷開；在無脈沖時鐘信 號期間，第三開關(guān)斷開，第四開關(guān)導(dǎo)通；從而導(dǎo)致第一電容充電的過程中，第二電容間隔充 電； (3)振蕩器三角波上升到大于誤差放大器輸出電壓時，PFC控制信號產(chǎn)生模塊輸
出第一控制信號使得開關(guān)導(dǎo)通，開關(guān)斷開；同時插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊輸出第二
控制信號，由于P麗時鐘發(fā)生器在第一電容的充電周期內(nèi)產(chǎn)生兩個正脈沖時鐘信號在正
脈沖時鐘信號期間，第三開關(guān)斷開，第四開關(guān)導(dǎo)通，第一電容懸空，第二電容放電；在無脈沖
時鐘信號期間，第三開關(guān)導(dǎo)通，第四開關(guān)斷開，第一電容放電，第二電容充電。 對于本發(fā)明提出的插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)與方法，
PFC模塊輸出級的紋波電壓可以分為兩個分量第一分量是由于第一電容Cl、 C2上的等效電阻ESR導(dǎo)致的，第二分量是第一電容C1上電壓的變化導(dǎo)致的。當(dāng)PFC級和P麗級都工作 在連續(xù)電流模式時，本發(fā)明相當(dāng)于將第二級轉(zhuǎn)換器的工作頻率提高到2Xfsw，這樣第二級 轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)更快速和更精確的電壓控制。CI上的紋波電壓大小為<formula>formula see original document page 7</formula>
在其它條件不變的情況下，V^pk將變小?；蛘咴赩^p^不變的條件下，第一電容 Cl的值可以降低一半，從而降低系統(tǒng)成本。 與簡單將P麗時鐘頻率設(shè)為第一級轉(zhuǎn)換器工作時鐘頻率的兩倍相比，本發(fā)明在降 低(12,-13)上存在明顯優(yōu)勢。本發(fā)明在SW2導(dǎo)通的時候，SW3基本上也是導(dǎo)通的。而簡單 將P麗時鐘頻率設(shè)為第一級轉(zhuǎn)換器工作時鐘頻率的兩倍時，在SW2導(dǎo)通的時候，SW3只有一 半的時間是導(dǎo)通的。 本發(fā)明有益效果是通過提供插頻模式的P麗時鐘，極大改善了級聯(lián)離線PFC-P麗 開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的DC-DC部分的頻率特性，使得級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的DC-DC 部分反應(yīng)更迅速，并且降低了電容的紋波電壓，提高了級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器 的功率因數(shù)調(diào)整系數(shù)。


圖1為傳統(tǒng)同步控制模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 圖2為傳統(tǒng)同步控制模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中誤差放大器輸
出電壓及振蕩器三角波波形圖。 圖3為傳統(tǒng)同步控制模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中開關(guān)SW1的電 壓波形圖。 圖4為傳統(tǒng)同步控制模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中開關(guān)SW3的電 壓波形圖。 圖5為傳統(tǒng)同步控制模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中振蕩器輸出的 時鐘波形圖。 圖6為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖7為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)的P麗時鐘發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖。 圖8為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中誤差放大器輸出電壓及 振蕩器三角波波形圖。 圖9為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中開關(guān)SW1的電壓波形 圖。 圖10為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中開關(guān)SW3的電壓波形 圖。 圖11為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中振蕩器輸出的時鐘波 形圖。 圖12為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中P麗時鐘發(fā)生器中比 較器域值電壓及振蕩器三角波波形圖。
圖13為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中P麗時鐘發(fā)生器中比 較器CMP0的輸出波形圖。 圖14為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中P麗時鐘發(fā)生器中比 較器CMP1的輸出波形圖。 圖15為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中P麗時鐘發(fā)生器中比 較器CMP2的輸出波形圖。 圖16為插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)中P麗時鐘發(fā)生器輸出 的時鐘波形圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明內(nèi)容進(jìn)一步說明。 本發(fā)明提供了插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，其電路結(jié)構(gòu)如圖 6所示，包括PFC模塊10、P麗模塊11、PFC控制信號產(chǎn)生模塊12和插頻模式P麗控制信號 產(chǎn)生模塊13 : 所述PFC模塊10，采用上升沿調(diào)制技術(shù)，進(jìn)行交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換，通過第 一端口 120和第二端口 122接入交流電壓VIN，通過第一電容C1輸出直流電壓，即PFC模塊 10的輸出電壓，第一開關(guān)組的控制信號SCV1控制第一開關(guān)組調(diào)整輸入電流，使輸入電流的 波形接近輸入電壓的波形，即使輸入電壓變化，第一電容C1輸出直流電壓仍穩(wěn)定保持在設(shè) 定值。 所述P麗模塊ll，采用下降沿調(diào)制技術(shù)，將所述PFC模塊10的輸出電壓轉(zhuǎn)換到所 述控制系統(tǒng)的輸出電壓VOUT，使得所述控制系統(tǒng)的輸出電壓OUT達(dá)到設(shè)定直流電壓值，P麗 模塊ll的輸入端口連接所述第一電容C1的兩端，第二開關(guān)組的控制信號SCV2控制第二開 關(guān)組，所述控制系統(tǒng)的輸出電壓OUT通過第三端口 124和第四端口 126輸出，所述第四端口 126連接第二端口 122 ; 所述PFC控制信號產(chǎn)生模塊12產(chǎn)生第一開關(guān)組的控制信號； 所述插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊13產(chǎn)生第而開關(guān)組的控制信號； 所述第一電容充電C1的過程中，第二電容C2間隔充電。 所述PFC模塊包括第一電感Ll、由第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2和第一反向器138 構(gòu)成的所述第一開關(guān)組以及所述第一電容C1，所述第一電感L1的一端接輸入電壓的第一 端口 120，電感L1的另一端接所述第一開關(guān)SW1和第二開關(guān)SW2，所述第一電容C1連接在 第一開關(guān)SW1的另一端和第二開關(guān)SW2的另一端之間，第一開關(guān)SW1和第一電容Cl的連接 端連接第二端口 122，第一開關(guān)SW1的第一控制信號SCV1經(jīng)過第一反相器138反相后產(chǎn)生 第二開關(guān)SW2的控制信號SCV2。 所述P麗模塊包括第二電感L2、由第三開關(guān)SW3、第四開關(guān)SW4和第二反相器140 構(gòu)成的所述第二開關(guān)組以及所述的第二電容C2，第三開關(guān)SW3 —端串接第二開關(guān)SW2，第三 開關(guān)SW3的另一端接第四開關(guān)SW4和第二電感L2，第二電容C2連接在的第四開關(guān)SW4的 另一端和第二電感L2的另一端，第四開關(guān)SW4和第二電容C2的連接端連接第二端口 122， 第三開關(guān)SW3的第二控制信號SCV3經(jīng)過反相器140反相后產(chǎn)生第四開關(guān)SW4的控制信號 SCV4。
所述PFC控制信號產(chǎn)生模塊包括誤差放大器128、振蕩器150、比較器130、第一 D 觸發(fā)器132，所述控制系統(tǒng)的輸出電壓OUT經(jīng)過分壓輸入到所述誤差放大器128的正輸入 端，參考電壓REF輸入到誤差放大器128的負(fù)輸入端，誤差放大器的輸出端接比較器130正 輸入端，振蕩器150產(chǎn)生的三角波信號RAMP輸入到比較器130的負(fù)輸入端，比較器130的 輸出端接到第一 D觸發(fā)器132的數(shù)據(jù)輸入端D，振蕩器150產(chǎn)生的時鐘CLK輸入到第一 D觸 發(fā)器132的時鐘輸入端，D觸發(fā)器132的Q輸出端產(chǎn)生所述的第一開關(guān)信號SCV1 ;
所述插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊13包括P麗時鐘發(fā)生器134和D觸發(fā)器136， 所述振蕩器150的RAMP三角波輸入到P麗時鐘發(fā)生器134的輸入端，P麗時鐘發(fā)生器134 的輸出端連接到第二 D觸發(fā)器136的時鐘輸入端，比較器130的輸出端接到第二 D觸發(fā)器 134的數(shù)據(jù)輸入端D，第二 D觸發(fā)器136的Q輸出端產(chǎn)生所述第二開關(guān)信號SCV2。
P麗時鐘發(fā)生器134，如圖7所示，包括第二比較器CMPO、第三比較器CMP 1 、第四比 較器CMP2和邏輯電路ADDER,所述振蕩器150的三角波分別輸入到第二比較器CMP0、第三 比較器CMP1、第四比較器CMP2的正輸入端，第二閾值電壓VTH0、第三閾值電壓VTH1、第四閾 值電壓VTH2分別輸入到第二比較器CMPO、第三比較器CMP1、第四比較器CMP2的負(fù)輸入端， 第二比較器CMPO、第三比較器CMP1、第四比較器CMP2的輸出連接到邏輯電路ADDER的輸入 端，邏輯電路ADDER進(jìn)行邏輯運算，產(chǎn)生P麗時鐘CLK_PWM。 所述P麗時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘相當(dāng)于將傳統(tǒng)的時鐘高電平部分一分為二， RAMP 和SCV1、SCV3、CLK、TMP0、TMP1、TMP2、CLK_PWM時鐘的關(guān)系如圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、 圖13、圖14、圖15、圖16所示。在實際應(yīng)用中，P麗時鐘發(fā)生器還可以將傳統(tǒng)的時鐘高電平 部分分成多種間隔導(dǎo)通的模式。 如上所述的插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)的控制方法包 括如下步驟 (1)插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器輸入交流電壓VIN，所述的PFC模 塊10、P麗模塊11、PFC控制信號產(chǎn)生模塊12和插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊13處于工 作狀態(tài)； (2)當(dāng)振蕩器三角波低于誤差放大器輸出電壓VEAO時，PFC控制信號產(chǎn)生模塊輸 出第一控制信號SCV1使得第一開關(guān)SW1斷開，第二開關(guān)SW2導(dǎo)通，第一電容Cl開始充電； 同時插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊輸出第二控制信號SCV2，由于P麗時鐘發(fā)生器在第一 電容C1的充電周期內(nèi)產(chǎn)生兩個正脈沖時鐘信號在正脈沖時鐘信號期間，第三開關(guān)SW3導(dǎo) 通，第四開關(guān)SW4斷開；在無脈沖時鐘信號期間，第三開關(guān)SW3斷開，第四開關(guān)SW4導(dǎo)通；從 而導(dǎo)致第一電容C1充電的過程中，第二電容C2間隔充電； (3)振蕩器三角波上升到大于誤差放大器輸出電壓VEAO時，PFC控制信號產(chǎn)生模 塊輸出第一控制信號SCV1使得第一開關(guān)SW1導(dǎo)通，第二開關(guān)SW2斷開；同時插頻模式P麗 控制信號產(chǎn)生模塊輸出第二控制信號SCV2，由于P麗時鐘發(fā)生器在第一電容C1的充電周期 內(nèi)產(chǎn)生兩個正脈沖時鐘信號在正脈沖時鐘信號期間，第三開關(guān)SW3斷開，第四SW4導(dǎo)通，第 一電容C1懸空，第二電容C2放電；在無脈沖時鐘信號期間，開關(guān)SW3導(dǎo)通，SW4斷開，第一 電容C1放電，第二電容C2充電。 本發(fā)明公開了插頻模式級聯(lián)PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，并且參照附圖描 述了本發(fā)明的具體實施方式
和效果。應(yīng)該理解到的是上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，包括但不限于對采 樣電路的修改、對電路的局部構(gòu)造的變更(如利用本領(lǐng)域技術(shù)人員所能想到的技術(shù)方法替 換本發(fā)明中的振蕩模塊，對振蕩器和P麗時鐘發(fā)生器的連接進(jìn)行替換等)、對元器件的類型 或型號的替換(如將第一開關(guān)SW1替換為二極管等)，以及其他非實質(zhì)性的替換或修改，均 落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
插頻模式級聯(lián)離線PFC-PWM開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，其特征在于包括PFC模塊、PWM模塊、PFC控制信號產(chǎn)生模塊和插頻模式PWM控制信號產(chǎn)生模塊所述PFC模塊，進(jìn)行交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換，通過第一端口和第二端口接入交流電壓VIN，通過第一電容輸出直流電壓，即PFC模塊的輸出電壓，第一開關(guān)組的控制信號控制第一開關(guān)組調(diào)整輸入電流，使輸入電流的波形接近輸入電壓的波形，即使輸入電壓變化，第一電容C1輸出直流電壓仍穩(wěn)定保持在設(shè)定值。所述PWM模塊，將所述PFC模塊的輸出電壓轉(zhuǎn)換到控制系統(tǒng)的輸出電壓，使得所述控制系統(tǒng)的輸出電壓達(dá)到設(shè)定直流電壓值，PWM模塊的輸入端口連接所述第一電容的兩端，第二開關(guān)組的控制信號控制第二開關(guān)組，所述控制系統(tǒng)的輸出電壓通過第三端口和第四端口輸出，所述第四端口連接第二端口；所述PFC控制信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生第一開關(guān)組的控制信號；所述插頻模式PWM控制信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生第二開關(guān)組的控制信號；所述第一電容充電的過程中，第二電容間隔充電。
2. 如權(quán)利要求l所述的插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，其特 征在于所述PFC模塊包括第一電感、由第一開關(guān)、第二開關(guān)和第一反向器構(gòu)成的所述第一 開關(guān)組以及所述第一電容，所述第一電感的一端接輸入電壓的第一端口，電感的另一端接 所述第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述第一電容連接在第一開關(guān)的另一端和第二開關(guān)的另一端之 間，第一開關(guān)和第一 電容的連接端連接第二端口 ，第一開關(guān)的第一控制信號經(jīng)過第一反相 器反相后產(chǎn)生第二開關(guān)的控制信號。
3. 如權(quán)利要求1所述的插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，其特征 在于所述P麗模塊包括第二電感、由第三開關(guān)、第四開關(guān)和第二反相器構(gòu)成的所述第二開 關(guān)組以及所述的第二電容，第三開關(guān)一端串接第二開關(guān)，第三開關(guān)的另一端接第四開關(guān)和 第二電感，第二電容連接在的第四開關(guān)的另一端和第二電感的另一端，第四開關(guān)和第二電 容的連接端連接第二端口 ，第三開關(guān)的第二控制信號經(jīng)過反相器反相后產(chǎn)生第四開關(guān)的控 制信號。
4. 如權(quán)利要求1所述的插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，其特征 在于所述PFC控制信號產(chǎn)生模塊包括誤差放大器、振蕩器、比較器、第一 D觸發(fā)器，所述控制 系統(tǒng)的輸出電壓經(jīng)過分壓輸入到所述誤差放大器的正輸入端，參考電壓輸入到誤差放大器 的負(fù)輸入端，誤差放大器的輸出端接比較器正輸入端，振蕩器產(chǎn)生的三角波信號輸入到比 較器的負(fù)輸入端，比較器的輸出端接到第一 D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端D，振蕩器產(chǎn)生的時鐘輸 入到第一 D觸發(fā)器的時鐘輸入端，D觸發(fā)器的Q輸出端產(chǎn)生所述的第一開關(guān)信號。
5. 如權(quán)利要求1所述的插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，其特征 在于所述插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊包括P麗時鐘發(fā)生器和D觸發(fā)器，所述振蕩器的 三角波輸入到P麗時鐘發(fā)生器的輸入端，P麗時鐘發(fā)生器的輸出端連接到第二 D觸發(fā)器的 時鐘輸入端，比較器的輸出端接到第二 D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端D，第二 D觸發(fā)器的Q輸出端 產(chǎn)生所述第二開關(guān)信號SCV2。
6. 如權(quán)利要求5所述的插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，其特征 在于所述P麗時鐘發(fā)生器，包括第二比較器、第三比較器、第四比較器和邏輯電路，所述振 蕩器的三角波分別輸入到第二比較器、第三比較器、第四比較器CMP2的正輸入端，第二閾值電壓VTH0、第三閾值電壓VTH1、第四閾值電壓VTH2分別輸入到第二比較器、第三比較器、第四比較器的負(fù)輸入端，第二比較器、第三比較器、第四比較器的輸出連接到邏輯電路的輸入端，邏輯電路進(jìn)行邏輯運算，產(chǎn)生P麗時鐘CLK—P麗。所述P麗時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘相當(dāng)于將傳統(tǒng)的時鐘高電平部分一分為二。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)，其特征在于控制方法包括如下步驟(1) 插頻模式級聯(lián)離線PFC-P麗開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器輸入交流電壓VIN，所述的PFC模塊、 P麗模塊、PFC控制信號產(chǎn)生模塊和插頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊處于工作狀態(tài)；(2) 當(dāng)PFC模塊的振蕩器三角波低于PFC模塊的誤差放大器輸出電壓時，PFC控制信號 產(chǎn)生模塊輸出第一控制信號使得第一開關(guān)斷開，第二開關(guān)導(dǎo)通，第一電容開始充電；同時插 頻模式P麗控制信號產(chǎn)生模塊輸出第二控制信號，由于P麗模塊的P麗時鐘發(fā)生器在第一 電容的充電周期內(nèi)產(chǎn)生兩個正脈沖時鐘信號在正脈沖時鐘信號期間，第三開關(guān)導(dǎo)通，第四 開關(guān)斷開；在無脈沖時鐘信號期間，第三開關(guān)斷開，第四開關(guān)導(dǎo)通；從而導(dǎo)致第一電容充電 的過程中，第二電容間隔充電；(3) 當(dāng)PFC模塊的振蕩器三角波上升到大于PFC模塊的誤差放大器輸出電壓時，PFC 控制信號產(chǎn)生模塊輸出第一控制信號使得開關(guān)導(dǎo)通，開關(guān)斷開；同時插頻模式P麗控制信 號產(chǎn)生模塊輸出第二控制信號，由于P麗模塊的P麗時鐘發(fā)生器在第一電容的充電周期內(nèi) 產(chǎn)生兩個正脈沖時鐘信號在正脈沖時鐘信號期間，第三開關(guān)斷開，第四開關(guān)導(dǎo)通，第一電 容懸空，第二電容放電；在無脈沖時鐘信號期間，第三開關(guān)導(dǎo)通，第四開關(guān)斷開，第一電容放 電，第二電容充電。
全文摘要
本發(fā)明提供了插頻模式級聯(lián)離線PFC-PWM開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)及控制方法PFC模塊進(jìn)行交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換，通過PFC控制信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生PFC模塊的第一開關(guān)組的控制信號，調(diào)整PFC模塊的輸入電流，第一電容輸出的直流電壓穩(wěn)定保持在設(shè)定值；PWM模塊將PFC模塊的輸出電壓轉(zhuǎn)換到控制系統(tǒng)的輸出電壓，通過插頻模式PWM控制信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生第二開關(guān)組的控制信號，使得控制系統(tǒng)的輸出電壓達(dá)到設(shè)定直流電壓值，第一電容充電的過程中，第二電容間隔充電。本發(fā)明改善了DC-DC部分的頻率特性，降低了電容的紋波電壓和成本，提高了級聯(lián)離線PFC-PWM開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)調(diào)整系數(shù)。
文檔編號H02M3/02GK101741261SQ200910153618
公開日2010年6月16日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者嚴(yán)先蔚 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司