一种临界模式的交错PFC电路及其控制方法

一种临界模式的交错pfc电路及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及一种临界模式的交错pfc电路及其控制方法，属于电子电路控制技术领域。


背景技术：

2.当今临界连续模式(crm)pfc交错以一路过零侦测来控制开关周期，另一路经预测来控制开关周期，预测与实际有误差，但在交错模式下引入两路过零信号则使两路信号不可实现180度交错，且传统的交错线路实现过程中存在只用一路过零信号可靠性低的问题，因此，基于现有技术中存在的问题，怎样实现两路信号的180度交错，从而能够取得较好的交错角度，使得输入thd变好，输出电容温升变好压力变小成为目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种临界模式的交错pfc电路及其控制方法，解决了现有技术中出现的问题。
4.本发明所述的一种临界模式的交错pfc电路，包括连接在l极的第一电感和第二电感，所述第一电感的外部连接有第一交错电流采样电路，所述第二电感的外部连接有第二交错电流采样电路，所述第一交错电流采样电路连接有第一晶体管和第二晶体管，所述第二交错电流采样电路连接有第三晶体管和第四晶体管，电路n极连接有第五晶体管和第六晶体管，第五晶体管和第六晶体管连接在第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路外侧回路上，第五晶体管和第六晶体管的外侧还连接有输出电容。
5.作为本发明进一步的技术方案，第一交错电流采样电路包括第一比较器，所述第一比较器的一侧连接有电流采样点、定值负压端和控制器的da输出端，第一比较器的另一端输出第一交错电流采样电路的过零信号。
6.作为本发明进一步的技术方案，第二交错电流采样电路包括第二比较器，所述第二比较器的一侧连接有电流采样点、定值负压端和控制器的da输出端，第二比较器的另一端输出第二交错电流采样电路的过零信号。
7.作为本发明进一步的技术方案，电流采样点采用电流互感器。
8.作为本发明进一步的技术方案，第一比较器的外部还连接有第一电阻和第二电阻。
9.作为本发明进一步的技术方案，第二比较器的外部还连接有第三电阻和第四电阻。
10.本发明所述的一种临界模式的交错pfc电路控制方法，包括以下步骤：
11.s1：分别通过第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路进行电流采样，控制器通过计算输出da信号，输出的da信号包括补偿前的da信号和补偿值；
12.s2：计算补偿前da信号v
da
满足以下公式：
[0013][0014]
其中：l为第一电感和第二电感的电感值，k为电流对应电压的比例，v-为定值负压，td为第一比较器和第二比较器的延时效应，vin为输入电压，v
bus
为输出电容的电压，tex为从动管延长时间，r1和r2为第一电阻和第二电阻的阻值，且r1＝r3，r2＝r4；
[0015]
s3：得到第一交错电流采样电路的过零信号和第二交错电流采样电路的过零信号作为周期的开始信号，当控制器得到第一交错电流采样电路的过零信号和第二交错电流采样电路的过零信号时，内部计数器清零。
[0016]
作为本发明进一步的技术方案，方法还包括调整第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路的交错逻辑，具体包括以下步骤：
[0017]
s11：确定第一交错电路采样电路为主路，第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路在输入弦波正负过零点时控制器根据预测周期值内部计数器错开180度，周期的开始皆以第一交错电流采样电路的过零信号、第二交错电流采样电路的过零信号作为周期的起始点；
[0018]
s12：在输入弦波未变方向前控制器根据第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路实时周期计算的周期值得出第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路所需补偿值，因输入电压小电压时频率变化快，所需补偿值不可取差值，简单取差值交错的角度相差较大，控制器的da输出信号做如下补偿：记录上一周期值为t1、当前周期值为t2、预测计算下一开关周期值为tf，若tf比t2大，则第一交错电流采样电路不做额外补偿，第二交错电流采样电路取(tf-t2)和(t2-t1)的1/2补偿，即第二交错电流采样电路延时；若tf比t2比大，则第二交错电流采样电路不做额外补偿，第一交错电流采样电路取(tf-t2)和(t2-t1)的1/2补偿，即第一交错电流采样电路延时，以取得较好的交错角度，使得输入thd变好，输出电容温升变好压力变小。
[0019]
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0020]
本发明所述的一种临界模式的交错pfc电路及其控制方法，临界连续模式(crm)的工作状态介于连续(ccm)和不连续模式(dcm)之间，当输入电感的电流下降到零之后开关管开通，可以实现部分zvs，通过控制从动管延时关断，实现全范围zvs，能在一定程度上提高效率。crm控制通过计算得到ton和toff很困难，预测与实际有误差，故引入电流过零信号以保证实现zvs。现有技术中临界连续模式(crm)pfc度交错以一路过零侦测来控制开关周期，另一路经预测来控制开关周期，预测与实际有误差，本发明通过设计交错电路引入两路过零信号则使两路信号，并设计控制方法实现180度交错，实现输入thd变好，输出电容温升变好压力变小。解决了现有技术中出现的问题。
附图说明
[0021]
图1为本发明一种临界模式的交错pfc电路的电路图；
[0022]
图2为本发明一种临界模式的交错pfc电路中第一交错电流采样的电路图；
[0023]
图3为本发明一种临界模式的交错pfc电流中第二交错电流采样的电路图；
[0024]
图4为本发明一种临界模式的交错pfc电路的时序图；
[0025]
图5为本发明一种临界模式的交错pfc电路控制方法中控制器的da输出信号做补
偿的流程图；
[0026]
图中：l1、第一电感；l2、第二电感；q1、第一晶体管；q2、第二晶体管；q3、第三晶体管；q4、第四晶体管；q5、第五晶体管；q6、第六晶体管；c1、输出电容；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4、第四电阻；u1、第一比较器；u2、第二比较器。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
[0028]
实施例1：
[0029]
如图1所示，本发明所述的一种临界模式的交错pfc电路，包括连接在l极的第一电感l1和第二电感l2，第一电感l1的外部连接有第一交错电流采样电路，第二电感l2的外部连接有第二交错电流采样电路，第一交错电流采样电路连接有第一晶体管q1和第二晶体管q2，第二交错电流采样电路连接有第三晶体管q3和第四晶体管q4，电路n极连接有第五晶体管q5和第六晶体管q6，第五晶体管q5和第六晶体管q6连接在第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路外侧回路上，第五晶体管q5和第六晶体管q6的外侧还连接有输出电容c1。
[0030]
如图2所示，第一交错电流采样电路包括第一比较器u1，第一比较器u1的一侧连接有电流采样点、定值负压端和控制器的da输出端，第一比较器u1的另一端输出第一交错电流采样电路的过零信号。
[0031]
如图3所示，第二交错电流采样电路包括第二比较器u2，第二比较器u2的一侧连接有电流采样点、定值负压端和控制器的da输出端，第二比较器u2的另一端输出第二交错电流采样电路的过零信号。
[0032]
如图2-3所示，第一比较器u1和第二比较器u2分别得到第一交错电流采样电路的过零信号和第二交错电流采样电路的过零信号，da信号与定值负压叠加作为基准端，电感电流与基准端比较得到第一交错电流采样电路的过零信号和第二交错电流采样电路的过零信号作为周期的开始信号。
[0033]
电流采样点采用电流互感器进行电流采样。
[0034]
第一比较器u1的外部还连接有第一电阻r1和第二电阻r2。
[0035]
第二比较器u2的外部还连接有第三电阻r3和第四电阻r4。
[0036]
本实施例的工作原理为：第一电感l1、第二电感l2电感值为l，正半周q2、q4为主动管，q1、q3为从动管，负半周q1、q3为主动管，q2、q4为从动管，通过ct进行电流采样(分别为交错1电流采样、交错2电流采样，电流对应电压的比例为k)，二次侧与控制器共地；控制器通过计算输出da信号与定值负压v-在比较器u1及u2负端进行叠加，u1和u2是比较器用作取得过零信号，q5、q6为低频管，即输入电压正半周q6开通，q5关断；负半周q5开通，q6截止。
[0037]
交错1过零信号及交错2过零信号作为周期的开始信号，当控制器得到交错1过零信号及交错2过零信号，内部计数器清零，从动管关断，主动管在死区时间后开通，时序图如图4所示。
[0038]
实施例2：
[0039]
本发明所述的一种临界模式的交错pfc电路控制方法，包括以下步骤：
[0040]
s1：分别通过第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路进行电流采样，控
制器通过计算输出da信号，输出的da信号包括补偿前的da信号和补偿值；
[0041]
s2：计算补偿前da信号v
da
满足以下公式：
[0042][0043]
其中：l为第一电感和第二电感的电感值，k为电流对应电压的比例，v-为定值负压，td为第一比较器和第二比较器的延时效应，vin为输入电压，v
bus
为输出电容的电压，tex为从动管延长时间，r1和r2为第一电阻和第二电阻的阻值，且r1＝r3，r2＝r4；
[0044]
s3：补偿后da信号与定值负压叠加作为基准端，电感电流与基准端比较得到第一交错电流采样电路的过零信号和第二交错电流采样电路的过零信号作为周期的开始信号，当控制器得到第一交错电流采样电路的过零信号和第二交错电流采样电路的过零信号时，内部计数器清零。
[0045]
如图5所示，通过调整正负过零时的软件交错角度和da信号的大小来实现第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路的交错逻辑，具体包括以下步骤：
[0046]
s11：确定第一交错电路采样电路为主路，第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路在输入弦波正负过零点时控制器根据预测周期值内部计数器错开180度，控制器根据预测周期值(ton加toff)第二交错线路内部计数器延时(ton加toff)的1/2，周期的开始皆以第一交错电流采样电路的过零信号、第二交错电流采样电路的过零信号作为周期的起始点；
[0047]
s12：在输入弦波未变方向前控制器根据第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路实时周期计算的周期值得出第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路所需补偿值，因输入电压小电压时频率变化快，所需补偿值不可取差值，简单取差值交错的角度相差较大。
[0048]
控制器的da输出信号做如下补偿(在s2计算公式da信号基础上做补偿)：记录上一周期值为t1、当前周期值为t2、预测计算下一开关周期值为tf，若tf比t2大，则第一交错电流采样电路不做额外补偿，第二交错电流采样电路取(tf-t2)和(t2-t1)的1/2补偿，即第二交错电流采样电路延时；若tf比t2比大，则第二交错电流采样电路不做额外补偿，第一交错电流采样电路取tf-t2和t2-t1的1/2补偿，即第一交错电流采样电路延时，以取得较好的交错角度，使得输入thd变好，输出电容c1温升变好压力变小。
[0049]
传统的交错线路实现过程中存在只用一路过零信号可靠性低的问题，本发明引入了两路过零信号，解决了原有方案可靠性低的问题，由于原有交错线路可靠性问题，现多采用于非交错线路，相较于非交错线路，由于交错结果使得电流纹波变小，从而输入thd变好，输出电容c1温升变好压力变小。
[0050]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种临界模式的交错pfc电路，其特征在于：包括连接在l极的第一电感(l1)和第二电感(l2)，所述第一电感(l1)的外部连接有第一交错电流采样电路，所述第二电感(l2)的外部连接有第二交错电流采样电路，所述第一交错电流采样电路连接有第一晶体管(q1)和第二晶体管(q2)，所述第二交错电流采样电路连接有第三晶体管(q3)和第四晶体管(q4)，电路n极连接有第五晶体管(q5)和第六晶体管(q6)，第五晶体管(q5)和第六晶体管(q6)连接在第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路外侧回路上，第五晶体管(q5)和第六晶体管(q6)的外侧还连接有输出电容(c1)。2.根据权利要求1所述的一种临界模式的交错pfc电路，其特征在于：所述的第一交错电流采样电路包括第一比较器(u1)，所述第一比较器(u1)的一侧连接有电流采样点、定值负压端和控制器的da输出端，第一比较器(u1)的另一端输出第一交错电流采样电路的过零信号。3.根据权利要求2所述的一种临界模式的交错pfc电路，其特征在于：所述的第二交错电流采样电路包括第二比较器(u2)，所述第二比较器(u2)的一侧连接有电流采样点、定值负压端和控制器的da输出端，第二比较器(u2)的另一端输出第二交错电流采样电路的过零信号。4.根据权利要求3所述的一种临界模式的交错pfc电路，其特征在于：所述的电流采样点采用电流互感器。5.根据权利要求1所述的一种临界模式的交错pfc电路，其特征在于：所述的第一比较器(u1)的外部还连接有第一电阻(r1)和第二电阻(r2)。6.根据权利要求1所述的一种临界模式的交错pfc电路，其特征在于：所述的第二比较器(u2)的外部还连接有第三电阻(r3)和第四电阻(r4)。7.一种临界模式的交错pfc电路控制方法，应用于权利要求1-6任一所述的一种临界模式的交错pfc电路，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：s1：分别通过第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路进行电流采样，控制器通过计算输出da信号，输出的da信号包括补偿前的da信号和补偿值；s2：计算补偿前da信号v
da
满足以下公式：其中：l为第一电感和第二电感的电感值，k为电流对应电压的比例，v-为定值负压，td为第一比较器(d1)和第二比较器(d2)的延时效应，vin为输入电压，v
bus
为输出电容(c1)的电压，tex为晶体管延长时间，r1和r2为第一电阻和第二电阻的阻值，且r1＝r3，r2＝r4；s3：通过第一比较器(d1)和第二比较器(d2)得到第一交错电流采样电路的过零信号和第二交错电流采样电路的过零信号作为周期的开始信号，当控制器得到第一交错电流采样电路的过零信号和第二交错电流采样电路的过零信号时，内部计数器清零。8.根据权利要求7所述的一种临界模式的交错pfc电路控制方法，其特征在于：所述的方法还包括调整第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路的交错逻辑，具体包括以下步骤：s11：确定第一交错电流采样电路为主路，第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路在输入弦波正负过零点时控制器根据预测周期值内部计数器错开180度，周期的开始
皆以第一交错电流采样电路的过零信号、第二交错电流采样电路的过零信号作为周期的起始点；s12：控制器根据第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路实时周期计算的周期值得出第一交错电流采样电路和第二交错电流采样电路所需补偿值，对步骤s2计算得出的da信号v
da
做补偿，计算补偿值。9.根据权利要求8所述的一种临界模式的交错pfc电路控制方法，其特征在于：在步骤s12中控制器对da信号v
da
做补偿具体包括以下步骤：记录上一周期值为t1、当前周期值为t2、预测计算下一开关周期值为tf，若tf比t2大，则第一交错电流采样电路不做额外补偿，第二交错电流采样电路取(tf-t2)和(t2-t1)的1/2补偿，即第二交错电流采样电路延时；若tf比t2比大，则第二交错电流采样电路不做额外补偿，第一交错电流采样电路取(tf-t2)和(t2-t1)的1/2补偿，即第一交错电流采样电路延时，以取得较好的交错角度。

技术总结
本发明公开一种临界模式的交错PFC电路及其控制方法，属于电子电路控制技术领域，包括连接在L极的第一电感和第二电感，所述第一电感的外部连接有第一交错电流采样电路，所述第二电感的外部连接有第二交错电流采样电路，所述第一交错电流采样电路连接有第一晶体管和第二晶体管，所述第二交错电流采样电路连接有第三晶体管和第四晶体管，电路N极连接有第五晶体管和第六晶体管，第五晶体管和第六晶体管的外侧还连接有输出电容。本发明通过设计交错电路引入两路过零信号则使两路信号，并设计控制方法实现180度交错，解决了原有方案可靠性低的问题，从而输入THD变好，输出电容温升变好压力变小，可实现小型化。可实现小型化。


技术研发人员：陈立锋 孙九瑞 李鹏
受保护的技术使用者：济宁学院
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/13