[发明专利]双管级联型buck-boost变流器的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双管级联型buck-boost变流器的控制方法，特别是应用于高效率、低输入电流谐波、宽范围输入、输出的功率因数校正场合。

背景技术

由于目前大多数用电设备中的非线性元件和储能元件会使输入交流电流波形发生严重畸变，网侧输入功率因数很低，为满足国际标准IEC61000-3-2的谐波要求，必须在这些用电设备中加入功率因数校正（Power factor correction，PFC）电路。在大功率LED照明应用场合下由于LED模块电压各不相同，以及灯具应用在不同国家地区，因此具有宽范围输入、输出电压的PFC电路是很有必要的。传统的有源功率因数校正电路一般采用升压（Boost）拓扑，因为Boost具有控制容易、驱动简单以及在整个工频周期内都可以进行开关工作、输入电流的功率因数接近于1的优势，但是在宽范围输入段（90Vac-265Vac）Boost电路具有输入电压高的缺点。传统的具有宽范围输出电压范围的电路拓扑有buck-boost、flyback、SEPIC、Cuk电路，但是存在电压、电流应力高、输出电压反向的问题。级联型双管buck-boost电路输出电压与输入电压同向，且具有宽范围输出电压能力，以及器件上电压电流应力较小，因此适合于大功率宽范围输入、宽范围输出场合（图1）。

在双管级联buck-boost电路的电感电流连续控制（CCM）方式下（Ghanem,M.C.;Al-Haddad,K.;Roy,G.,A new single phase buck-boost converter with unity power factor,Industry Applications Society Annual Meeting,1993.,Conference Record of the1993IEEE,vol.,no.,pp.785,792vol.2,2-8Oct1993），当输出电压比输入电压的峰值低时，电路在半个工频周期内工作于Buck模式和boost模式（图2、3）。由于CCM的工作方式，主电路中的二极管存在严重反向恢复问题。且由于buck模式到boost模式切换点处输入电流不能平滑过渡，存在电流畸变。在电感电流临界断续控制（BCM）方式下（Ray-Lee Lin;Rui-Che Wang,Non-inverting buck-boostpower-factor-correction converter with wide input-voltage-range applications,IECON2010-36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society,vol.,no.,pp.599,604,7-10Nov.2010），消除了主电路中二极管的反向恢复，但是由于两个开关管始终同时动作，使得电感电流峰值增大，导致电感尺寸变大，效率降低（图4）。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种宽范围输入、宽范围输出的级联型buck-boost变流器的控制方法。本发明中的电路工作在电感电流临界断续的boost和buck-boost双模式下，采用了不同的主电路工作模式对应不同导通时间的控制方案，消除二极管反向恢复损耗，保证输入电流Iin在不同模式切换时平稳过渡。使得整个输入电压范围内功率因数高、电流谐波满足IEC61000-3-2Class C的要求。

为解决上述问题，本发明的解决方案是：

提供一种双管级联型buck-boost变流器的控制方法，是采用电感电流临界断续控制方式，消除主电路中二极管反向恢复压降；通过对输入、输出电压采样比较选择主电路工作模式：当输出电压高于输入电压时电路工作于boost模式，当输出电压低于输入电压时电路工作于buck-boost模式；通过控制buck-boost模式下的开关导通时间大于boost模式下的开关导通时间，使得输入电流在切换点处的相邻两个开关周期内平滑过渡。

作为本发明的级联型buck-boost变流器的控制方法的改进：本发明采用电感电流临界断续控制方式，将输入电压和一定比例分压后的输出电压Vtran进行比较选择主电路工作模式，使输入电压低于输出电压时就进行主电路工作模式切换，从而保证BCM控制下boost工作模式的工作频率不会过低从而出现噪声。