[发明专利]开关电源电路的PFWM控制系统

说明书

本发明提供了一种开关电源电路的PFWM控制系统，对开关电源电路的输出电压、输出电流或输出功率进行控制，开关电源电路的PFWM控制系统包括占空比控制单元、频率控制单元和PFWM信号生成模块；开关电源电路包括Boost转换电路和DC‑DC转换器；占空比控制单元对DC‑DC转换器的输出电压、输出电流或输出功率进行采样，并根据采样结果计算开关电源电路的开关器件的工作占空比；频率控制单元对Boost转换电路的输入电压或输出电压进行采样，并根据采样结果计算开关电源电路的开关器件的工作频率；PFWM信号生成模块根据工作占空比和工作频率合成PFWM驱动信号；PFWM驱动信号驱动Boost转换电路和DC‑DC转换器的开关器件，以控制DC‑DC转换器提供给负载的输出电压、输出电流或输出功率。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种开关电源电路的PFWM控制系统。

背景技术

Boost升压电路与单端、双端型DC-DC转换器(反激Fly-back、Buck-Boost、正激式Forward、Buck-Boost、推挽式、SEPIC或Zeta)组合的开关电源电路，可以实现升压再转换输出，以及交流功率因数校正的功能。

电器设备连接于交流电网的AC-DC电源，需满足IEC61000-3-2的对电流谐波的强制要求。针对不同的设备和应用，IEC61000-3-2提出了Class A，Class B，Class C，Class D的电流谐波的限制标准。

当前的开关式稳压电源技术，主要依靠以下方案来应对：ClassA：80W以下电源，无需措施就能满足；80～120W电源，使用被动元件(电感，电阻)的被动式PFC(功率因数校正)电路；80W～以上电源都可以使用主动式PFC电路(传统Boost电路)。Class B：100W以下电源，无需措施就能满足；100～150W电源，使用被动元件(电感，电阻)的被动式PFC电路；100W～以上电源使用主动式PFC电路(传统Boost电路)。Class C：主动式PFC电路(传统Boost电路)。Class D：主动式PFC电路(传统Boost电路)。

实现功率因数校正的PFC电路，分为主动式和被动式，以下是其性能比较：电阻被动式PFC实现方式简单，极低成本，但损耗很大，温度高，功率因数低，不适合大功率电源，不适合Class C，Class D设备。电感被动式简单，低成本，但损耗略大，功率因数低，不适合大功率电源，不适合Class C，Class D设备。Boost升压电路(主动式PFC电路)功率因数高，效率高，可设计满足Class C，Class D设备要求，适合大中小功率，为获得最佳的电流谐波抑制效果，当前的开关式稳压电源技术，主要采用主动式功率因数校正电路(active powerfactor correction或active PFC)来应对。但电路复杂，元件数量多，成本高，体积大。如图1所示的主动式PFC(Boost升压电路)是效果最好的功率因素校正电路。

传统的含主动式功率校正电路的开关式稳压电源，由整流电路500，Boost-PFC电路400和DC-DC转换器300组成。实际电路拓扑如图1，其中DC-DC转换器300可为反激或正激，Boost-PFC电路400和DC-DC转换器300各自独立工作，由分别的PFC反馈PWM控制单元100和DC-DC反馈PWM控制单元200控制。Boost-PFC电路的原理是：1)Q200导通，电感L100被交流输入到C100的电压励磁储能。2)Q200截止，L100上的感生电压和交流输入到C100上的电压叠加，对C200充电。如此，C200上的电压永大于交流输入电压，故Boost是升压拓扑。Q200的占空比由PFC反馈PWM控制单元控制，以达到C200上稳定的电压输出(一般为380Vdc)。上述传统的电路方式中，能实现很高的功率因数，能够满足IEC61000-3-2的要求，但会产生以下的问题：(1)需要复杂的PFC PWM控制回路以提高功率因数；(2)需要供电电路给PFC PWM控制回路；(3)需要独立的开关器件及驱动电路，以及电流取样电阻R100；(4)需要比较大的基板空间，电路设计困难；(5)元件多，成本高；