[发明专利]一种多模式BOOST PFC控制器

说明书

本发明公开了一种多模式BOOST PFC控制器，属于BOOST PFC控制器设计领域。本发明的控制器引入了电流断续区间检测模块、限品模块和驱动信号产生模块，解决了传统的BOOST PFC控制器由于限频进入断续工作模式后，输入电流波形产生严重的畸变，不再是完美的正弦波，品质因数急剧减小给相关电气设备带来的危害。将本发明的多模式BOOST PFC控制器与常规的BOOST电路连接构成的PFC装置，工作在临界导通或断续模式时，输入交流电流波形都高度近似于正弦波，可以保持较高的品质因数，有效降低输入电流谐波，提高电路整体性能。

技术领域

本发明涉及BOOST PFC控制器，特别是涉及一种适用于多种工作模式的BOOST PFC控制器。

背景技术

离线开关模式功率转换器产生的带高谐波含量的非正弦输入电流，会给电力设备和其相关联的电子设备带来危害。功率因数校正即PFC技术，可以解决此类问题，提高电力被有效利用的程度，降低输入谐波含量。因此，在现有电气产品中，都会在前级加入功率因数校正电路，其中以升压型即BOOST电路结构最为常见。

传统中小功率等级的BOOST PFC电路，为减小导通损耗，常工作在临界导通模式即BCM模式，在此条件下，电路的电感电流波形如图1所示，控制示意图如图2所示，电感电流表达式为：

其中，V_ac是输入电压的有效值，θ是输入电压相频率，L_m是BOOST变换器升压电感感量，T_on为一个周期内的导通时间。

交流输入电流的表达式为：

从公式(2)中可以看出，在保持导通时间T_on恒定的情况下，输入电流为正弦波，可以得到较高的功率因数PF。

但在电路中，当出现较轻负载或者高压输入的情况时，电路工作频率急剧上升，此时电路中的各部分损耗增大，整体效率降低，并且还会造成比较严重的EMI。因此，在现有产品中，针对BOOST PFC的这个缺陷，可通过限频技术来限制电路的最高工作频率。但限频之后电感电流进入断续模式即DCM模式，电感电流波形图如图3所示，此时其平均电流的表达式为：

其中i_pk(θ)为随相频率变化的电感电流尖峰值，D＇＝(T_on+T_Don)/T_s，T_on为开关管的导通时间，T_Don为电感电流从峰值下降到零的时间，T_s为开关周期。

当BOOST PFC电路采用恒导通时间控制，根据开关管导通时间T_on和补偿信号V_comp、充放电电容C_ramp、电流源I_ramp之间的关系，可以得到如下等式：

将式(4)代入式(3)中可以得到：

其中，V_ac(θ)是随相频率变化的交流输入电压瞬时值，通过式(5)可以得到，电感平均电流，也就是输入交流电流，不再是一个完美的正弦波，而与D＇相关，波形如图4所示。可以看到，当电路由于限频进入DCM后，输入电流波形出现严重的畸变，PF急剧减小，此时会对相关电气设备带来一定的危害。

发明内容

针对上述提到的现有技术的不足，本发明提出一种多模式BOOST PFC控制器，可以使得电路工作在不同模式下时依旧保持较高的PF，而不受输入电压及负载的影响。