專利名稱：交錯并聯(lián)pfc控制電路及控制方法
交錯并聯(lián)PFC控制電路及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率因素校正(Power Factor Correction,以下簡稱PFC) 電路，具體涉及一種交錯并聯(lián)PFC控制電路及控制方法。背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備的小型化和高功率密度已經(jīng)成為 產(chǎn)品競爭力與技術(shù)水平的體現(xiàn)，其中，并聯(lián)PFC技術(shù)得到了快速的發(fā)展。 并聯(lián)PFC技術(shù)能使變換器在各單元中進(jìn)行合理的熱損耗分配，提高單元的 可靠性和功率密度，提高系統(tǒng)容錯性和運行可靠性，并減少成本。但是， PFC電路的并聯(lián)會使總電流的紋波比較大。解決這個問題的一種有效方法 就是多個并聯(lián)PFC單元采用交錯運行模式。交錯并聯(lián)技術(shù)是并聯(lián)技術(shù)的一 種改進(jìn)，是指將兩路結(jié)構(gòu)相同的PFC電路的輸入及輸出并聯(lián)，各PFC單元 的工作信號頻率一致，其開關(guān)管控制相角互相錯開一定角度如180度，即 構(gòu)成了交錯并聯(lián)PFC電路拓?fù)?。交錯并聯(lián)PFC對減小產(chǎn)品體積和提高功率 密度具有顯著的效果。與傳統(tǒng)PFC電路拓?fù)湎啾?，交錯并聯(lián)PFC電路具有 如下幾個方面的優(yōu)點(l)兩路PFC電路電感的體積僅為相同功率傳統(tǒng)PFC 電路的四分之一，總體積減小一半，而且兩分立電感更有利于模塊熱設(shè)計； (2)減小輸入輸出高頻紋波幅值，減小電感及輸出電解電容的紋波電流應(yīng) 力和熱損耗，降低變換器的電磁干擾；(3)減小開關(guān)管電流應(yīng)力，可以選 用較低額定電流的開關(guān)器件。
但是，交錯并聯(lián)運行時的均流問題成為電路設(shè)計的主要難題。如圖1 所示，當(dāng)兩個獨立控制的PFC電路并聯(lián)時，由于開關(guān)管控制相角錯開一定 角度如180度，兩路驅(qū)動信號Ga和Gb不對稱，其中第二路驅(qū)動信號Gb 一直延時第一路驅(qū)動信號Gal80度相角，因此，電流在兩路PFC電路中分 布不均，且該不均流的問題會始終累加。故而交錯并聯(lián)PFC電路需要采取 一定的均流措施。
已知下面兩種均流控制方案
方案一電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，兩路PFC電路的電流分別采樣，各自 產(chǎn)生獨立的占空比控制信號(即功率開關(guān)管的驅(qū)動信號)Ga、 Gb去控制開關(guān)管的通斷，但兩占空比控制信號Ga與Gb的載波相角相差180度。
方案二電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，對三路電流——總電流及兩路PFC電
路的電流全部采樣，兩路PFC電路的電流用來構(gòu)成均流環(huán)。
然而，方案一和方案二用于電流檢測的采樣電路均較多，方案一中對
兩路電流采樣，方案二中對三路電流采樣，這在一定程度上使得控制系統(tǒng)
變得復(fù)雜，成本較高。
如何簡單有效地解決交錯并聯(lián)PFC電路的不均流問題顯得至關(guān)重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種交錯并聯(lián) PFC控制電路及控制方法，其可簡單有效地抑制交錯并聯(lián)PFC電路的不均 流，能夠簡化電路結(jié)構(gòu)并降低產(chǎn)品成本。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種交錯并聯(lián)PFC控制電路，用于對開關(guān) 電路中相并聯(lián)的兩路PFC電路進(jìn)行控制，其特征在于包括
采樣模塊，用于采樣交流輸入電壓、PFC母線電壓和PFC母線電流；
處理模塊，用于對上述各電信號以及基準(zhǔn)參考電壓信號進(jìn)行處理，產(chǎn) 生控制信號；
比較模塊，包括第一比較單元和第二比較單元，所述第一比較單元接 收所述控制信號和第一載波信號并經(jīng)比較而產(chǎn)生第一占空比信號，所述第 二比較單元接收所述控制信號和第二載波信號并經(jīng)比較而產(chǎn)生第二占空 比信號，所述第二載波信號為由所述第一載波信號錯開一規(guī)定相角而形成 的信號；
選擇模塊，用于將所述第一占空比信號與第二占空比信號按其周期分 別交替作為所述兩路PFC電路中一者與另一者的驅(qū)動控制信號輸出；
所述驅(qū)動控制信號經(jīng)驅(qū)動電路處理后得到相應(yīng)PFC電路的驅(qū)動信號， 并提供給對應(yīng)的PFC電路。
所述選擇模塊包括信號選擇器和選擇信號發(fā)生器，所述選擇信號發(fā)生 器輸出與所述第一、二占空比信號同步且與所述兩路PFC電路交替相對應(yīng) 的選擇信號，所述信號選擇器接收所述第一、二占空比信號以及所述選擇 信號，并按照所述選擇信號將所述第一、二占空比信號輸出至對應(yīng)的PFC 電路。
所述規(guī)定的相角為180度。 所述第一、二載波信號為三角波信號。 所述處理模塊包括第一信號處理單元，用于對所述PFC母線電壓和所述基準(zhǔn)參考電壓信 號進(jìn)行比較處理；
第二信號處理單元，用于對所述第一信號處理單元的處理結(jié)果和所述 交流輸入電壓進(jìn)行合成處理，產(chǎn)生基準(zhǔn)電流；
第三信號處理單元，用于對所述基準(zhǔn)電流和所述PFC母線電流進(jìn)行比 較處理，產(chǎn)生所述控制信號。
本發(fā)明還提供一種交錯并聯(lián)PFC控制方法，用于對相并聯(lián)的兩路PFC 電路進(jìn)行控制，其特征在于包括如下步驟
Al、采樣交流輸入電壓、PFC母線電壓和PFC母線電流并獲取基準(zhǔn)參 考電壓；
Bl、根據(jù)上述各電信號以及基準(zhǔn)參考電壓信號產(chǎn)生控制信號； Cl、獲取第一載波信號和第二載波信號，將第一載波信號與控制信號 比較而產(chǎn)生第一 占空比信號，將第二載波信號與控制信號比較而產(chǎn)生第二 占空比信號，其中，第二載波信號為第一載波信號錯開規(guī)定相角而形成的 信號；
Dl、將所述第一占空比信號和第二占空比信號按其周期分別交替作為 所述兩路PFC電路中一者與另一者的驅(qū)動控制信號；
El、將驅(qū)動控制信號經(jīng)驅(qū)動電路處理后得到相應(yīng)PFC龜路的驅(qū)動信號， 并提供給相應(yīng)PFC電路。
所述步驟D1包括如下步驟
Dll、接收第一、二占空比信號和與第一、二占空比信號同步且與所 述兩路PFC電路交替相對應(yīng)的選擇信號；
D12、根據(jù)當(dāng)前周期的選擇信號進(jìn)行判斷，確定第一、二占空比信號 與PFC電路的輸出對應(yīng)關(guān)系；
D13、將第一、二占空比信號分別作為其對應(yīng)的PFC電路的驅(qū)動控制 信號。
所述規(guī)定的相角為180度。 所述第一、二載波信號為三角波信號。 所述步驟B1包括如下步驟
Bll、對所述PFC母線電壓和所述基準(zhǔn)參考電壓信號進(jìn)行比較處理； B12、對步驟Bll所得結(jié)果信號和所述交流輸入電壓進(jìn)行合成處理， 產(chǎn)生基準(zhǔn)電流；
B13、對基準(zhǔn)電流和PFC母線電流進(jìn)行比較處理，產(chǎn)生所述控制信號。本發(fā)明的有益效果是-
本發(fā)明的交錯并聯(lián)PFC控制方案中，采樣模塊采樣交流輸入電壓、PFC 母線電壓和PFC母線電流，處理模塊根據(jù)上述各電信號以及基準(zhǔn)參考電壓 信號產(chǎn)生控制信號，比較模塊根據(jù)控制信號和第一、二載波信號產(chǎn)生第一、 二占空比信號，其中，第二載波信號與第一載波信號波形相同但錯開一規(guī) 定相角，而選擇模塊則將第一、二占空比信號按其周期分別交替作為兩路 PFC電路中一者與另一者的驅(qū)動控制信號輸出，最后生成相應(yīng)的PFC電路 的兩路驅(qū)動信號，這樣以來，兩路驅(qū)動信號分別在各開關(guān)周期相互延時一 規(guī)定相角例如180度相角，使得每一開關(guān)周期內(nèi)兩PFC電路的不均流問題 不會始終累加，由此可見，應(yīng)用本發(fā)明控制電路及其控制方法實現(xiàn)交錯并 聯(lián)PFC電路的控制時，所產(chǎn)生的兩路驅(qū)動信號在總體上來說是對稱的，有 效解決了以往交錯并聯(lián)電路的驅(qū)動信號不對稱而產(chǎn)生的不均流問題，同 時，相對于現(xiàn)有的均流方案，本發(fā)明只需采樣一路電流信號即PFC母線電 流，因此，本發(fā)明的實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)更為簡單，降低了控制系統(tǒng)復(fù)雜度，有 效控制了產(chǎn)品成本。

圖1為交錯并聯(lián)PFC不對稱驅(qū)動方案下的兩路驅(qū)動信號比較示意圖； 圖2為現(xiàn)有解決方案一的交錯并聯(lián)PFC控制電路結(jié)構(gòu)圖； 圖3為現(xiàn)有解決方案二的交錯并聯(lián)PFC控制電路結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明交錯并聯(lián)PFC控制電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖5為本發(fā)明一種實施例的交錯并聯(lián)PFC控制電路結(jié)構(gòu)圖； 圖6為本發(fā)明控制方案下的兩路驅(qū)動信號比較示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的特征及優(yōu)點將通過實施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
本實施例為本發(fā)明在一種升壓(Boost)變換器中的具體應(yīng)用，該升 壓變換器包括主電路和交錯并聯(lián)PFC控制電路，主電路部分又包括橋式整 流電路和并聯(lián)PFC模塊，如圖4所示，交錯并聯(lián)PFC控制電路又包括采樣 模塊、處理模塊、比較模塊以及選擇模塊，采樣模塊與主電路相連，對其 進(jìn)行信號采樣，選擇模塊輸出驅(qū)動控制信號，對并聯(lián)PFC模塊的功率開關(guān) 管進(jìn)行通斷控制。
請參考圖5，該并聯(lián)PFC模塊包括第一升壓電路和第二升壓電路，第 一升壓電路包括第一電感L1、第一二極管D1、第一開關(guān)管S1以及第一電 容C。，第一電感L1和第一二極管D1串接在第一電容C。的一端，第一開關(guān)管Sl的一端連接在第一電感Ll和第一二極管Dl之間，其另一端與第一 電容C。的另一端連接，第二升壓電路包括第二電感L2、第二二極管D2、 第二開關(guān)管S2以及第一電容C。，第二電感L2和第二二極管D2串接在第 一電容C。的一端，第二開關(guān)管S2的一端連接在第二電感L2和第二二極管 D2之間，其另一端與第一電容C。的另一端連接。
采樣模塊即圖5中的用于信號采樣的線路部分，其采樣輸出電壓即PFC 母線電壓Vout得到采樣值Vs一out，采樣交流輸入電壓Vin得到采樣值 Vsjn，以及采樣PFC母線電流Is得到采樣值I—s。
處理模塊包括第一至三信號處理單元，第一信號處理單元接收PFC母 線電壓采樣值Vs—out和基準(zhǔn)參考電壓Vref并對其進(jìn)行比較處理，第二信 號處理單元接收對第一信號處理單元的處理結(jié)果和交流輸入電壓的采樣 值Vsjn并對其進(jìn)行合成處理，產(chǎn)生基準(zhǔn)電流IREF，第三信號處理單元接 收基準(zhǔn)電流IREF和PFC母線電流的采樣值I—s并對其進(jìn)行比較處理，產(chǎn) 生控制信號Ux。
載波信號發(fā)生器(圖中未示出)提供了兩路交錯的三角波如鋸齒波信 號Usawl、 Usaw2，作為第一載波信號和第二載波信號，其中，信號Usaw2 較信號Usawl延時180度相角。
比較模塊包括第一比較單元和第二比較單元，第一比較單元接收控制 信號Ux和第一載波信號Usawl并經(jīng)比較而產(chǎn)生第一占空比信號Di，第二 比較單元接收控制信號Ux和第二載波信號Usaw2并經(jīng)比較而產(chǎn)生第二占 空比信號DiZ18(T，即本實施例中第二占空比信號較第一占空比信號延時 180度相角。
選擇模塊包括信號選擇器和選擇信號發(fā)生器，選擇信號發(fā)生器輸出與 第一占空比信號Di、第二占空比信號DiZ180。的信號周期同步且與兩路升 壓PFC電路交替相對應(yīng)的選擇信號C，信號選擇器接收第一、二占空比信 號以及選擇信號C，根據(jù)選擇信號C確定當(dāng)前周期第一、二占空比信號分 別對應(yīng)哪一路PFC電路，并將第一、二占空比信號作為相應(yīng)的PFC電路的 驅(qū)動控制信號輸出。驅(qū)動控制信號經(jīng)驅(qū)動電路(圖中未示出)處理后得到
開關(guān)管驅(qū)動信號，并提供給相應(yīng)的PFC電路。
例如，可采用在選擇信號C為高電平時，第一占空比信號Di相應(yīng)用
于生成于第一路驅(qū)動信號Ga來驅(qū)動第一開關(guān)管Sl，而第二占空比信號 DiZ18(T相應(yīng)用于生成于第二路驅(qū)動信號Gb來驅(qū)動第二開關(guān)管S2;而選擇信號C為低電平時，第一占空比信號Di相應(yīng)用于生成于第二路驅(qū)動信號 Gb來驅(qū)動第二開關(guān)管S2，而第二占空比信號DiZ180。相應(yīng)用于生成于第一 路驅(qū)動信號Ga來驅(qū)動第一開關(guān)管Sl。從而，兩路驅(qū)動信號Ga與Gb在不 同開關(guān)周期相互延時對方180度，總體上來說實現(xiàn)了驅(qū)動信號的對稱。
本發(fā)明的控制方案實現(xiàn)均流的原理說明可參見圖6，其中，在第一個 周期，第一路驅(qū)動信號Ga對應(yīng)于第一占空比信號Dl，而第二路驅(qū)動信號 Gb對應(yīng)于第二占空比信號DlZ18(T;在第二個周期，第一路驅(qū)動信號Ga對 應(yīng)于第二占空比信號D2Z18(T ，而第二路驅(qū)動信號Gb對應(yīng)于第一占空比信 號D2;在第三個周期，第一路驅(qū)動信號Ga對應(yīng)于第一占空比信號D3，而 第二路驅(qū)動信號Gb對應(yīng)于第二占空比信號D3」8(T;在第四個周期，第一 路驅(qū)動信號Ga對應(yīng)于第二占空比信號D4Z18(T ，而第二路驅(qū)動信號Gb對 應(yīng)于第一占空比信號D4;依此類推，在第2i-l (i^l)個周期，第一路驅(qū) 動信號Ga對應(yīng)于第一占空比信號D2i-1，第二路驅(qū)動信號Gb對應(yīng)于第二 占空比信號D2i-1Z180。；在第2i個周期，第一路驅(qū)動信號Ga對應(yīng)于第二 占空比信號D2iZ18(T ，而第二路驅(qū)動信號Gb對應(yīng)于第一占空比信號D2i。
這樣，兩路驅(qū)動信號Ga和Gb在各個開關(guān)周期分別互相滯后對方180 度，由此可見對稱驅(qū)動方案的兩路驅(qū)動信號總體上是對稱的，使得每一開 關(guān)周期內(nèi)的不均流問題無法始終累加到其中一路PFC電路上，有效解決了 以往交錯并聯(lián)電路的驅(qū)動信號不對稱而產(chǎn)生的不均流問題。
本發(fā)明交錯并聯(lián)PFC控制電路中，處理模塊和選擇模塊均可以采用已 有的處理芯片，其中，信號選擇器既可采用現(xiàn)有的集成電路，也可以使用 與非門等分立元件來搭建，此外還可利用通用的可編程器件，通過編寫一 段選擇程序，來實現(xiàn)電路的選擇邏輯。因此，本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)非常 靈活、簡單和方便。
本發(fā)明適用于含有交錯并聯(lián)PFC的各類開關(guān)電路中，其能夠?qū)崿F(xiàn)PFC 電路各開關(guān)器件的驅(qū)動信號的對稱，從而抑制PFC電路不均流問題。除兩 路PFC電路交錯并聯(lián)之外，本發(fā)明還可以進(jìn)一步推廣至n (n=2， 3， 4…) 路PFC電路交錯并聯(lián)，其實現(xiàn)為采用n路三角波作為載波，各三角波之間 分別交錯360/n度，并與控制信號Ux比較產(chǎn)生彼此交錯360/n度的n路占 空比信號，再通過選擇電路分別交替地作為各路開關(guān)管的驅(qū)動控制信號輸 出。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種交錯并聯(lián)PFC控制電路，用于對開關(guān)電路中相并聯(lián)的兩路PFC電路進(jìn)行控制，其特征在于包括采樣模塊，用于采樣交流輸入電壓、PFC母線電壓和PFC母線電流；處理模塊，用于對上述各電信號以及基準(zhǔn)參考電壓信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生控制信號；比較模塊，包括第一比較單元和第二比較單元，所述第一比較單元接收所述控制信號與第一載波信號并經(jīng)比較而產(chǎn)生第一占空比信號，所述第二比較單元接收所述控制信號與第二載波信號并經(jīng)比較而產(chǎn)生第二占空比信號，所述第二載波信號為由所述第一載波信號錯開一規(guī)定相角而形成的信號；選擇模塊，用于將所述第一占空比信號與第二占空比信號按其周期分別交替作為所述兩路PFC電路中一者與另一者的驅(qū)動控制信號輸出；所述驅(qū)動控制信號經(jīng)驅(qū)動電路處理后得到相應(yīng)PFC電路的驅(qū)動信號，并提供給對應(yīng)的PFC電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的交錯并聯(lián)PFC控制電路，其特征在于所述 選擇模塊包括信號選擇器和選擇信號發(fā)生器，所述選擇信號發(fā)生器輸出與 所述第一、二占空比信號同步且與所述兩路PFC電路交替相對應(yīng)的選擇信 號，所述信號選擇器接收所述第一、二占空比信號以及所述選擇信號，并 按照所述選擇信號將所述第一、二占空比信號輸出至對應(yīng)的PFC電路。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的交錯并聯(lián)PFC控制電路，其特征在于 所述規(guī)定的相角為180度。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的交錯并聯(lián)PFC控制電路，其特征在于 所述第一、二載波信號為三角波信號。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的交錯并聯(lián)PFC控制電路，其特征在于所述處理模塊包括第一信號處理單元，用于對所述PFC母線電壓和所述基準(zhǔn)參考電壓信 號進(jìn)行比較處理；第二信號處理單元，用于對所述第一信號處理單元的處理結(jié)果和所述 交流輸入電壓進(jìn)行合成處理，產(chǎn)生基準(zhǔn)電流；第三信號處理單元，用于對所述基準(zhǔn)電流和所述PFC母線電流進(jìn)行比較處理，產(chǎn)生所述控制信號。
6. —種交錯并聯(lián)PFC控制方法，用于對并聯(lián)的兩路PFC電路進(jìn)行控 制，其特征在于包括如下步驟Al、采樣交流輸入電壓、PFC母線電壓和PFC母線電流并獲取基準(zhǔn)參考電壓；Bl、根據(jù)上述各電信號以及基準(zhǔn)參考電壓信號產(chǎn)生控制信號； Cl、獲取第一載波信號和第二載波信號，將第一載波信號與控制信號 比較而產(chǎn)生第一 占空比信號，將第二載波信號與控制信號比較而產(chǎn)生第二 占空比信號，其中，第二載波信號為由第一載波信號錯開規(guī)定相角而形成 的信號；Dl、將所述第一占空比信號與第二占空比信號按其周期分別交替作為 所述兩路PFC電路中一者與另一者的驅(qū)動控制信號；El、將驅(qū)動控制信號經(jīng)驅(qū)動電路處理后得到相應(yīng)PFC電路的驅(qū)動信號， 并提供給相應(yīng)PFC電路。
7. 如權(quán)利要求6所述的交錯并聯(lián)PFC控制方法，其特征在于所述 步驟D1包括如下步驟Dll、接收第一、二占空比信號和與第一、二占空比信號同步且與所 述兩路PFC電路交替相對應(yīng)的選擇信號；D12、根據(jù)當(dāng)前周期的選擇信號進(jìn)行判斷，確定第一、二占空比信號 與PFC電路的輸出對應(yīng)關(guān)系；D13、將第一、二占空比信號分別作為其對應(yīng)的PFC電路的驅(qū)動控制 信號輸出。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的交錯并聯(lián)PFC控制方法，其特征在于: 所述規(guī)定的相角為180度。
9. 如權(quán)利要求6或7所述的交錯并聯(lián)PFC控制方法，其特征在于: 所述第一、二載波信號為三角波信號。
10. 如權(quán)利要求6或7所述的交錯并聯(lián)PFC控制方法，其特征在于: 所述步驟B1包括如下步驟Bll、對所述PFC母線電壓和所述基準(zhǔn)參考電壓信號進(jìn)行比較處理； B12、對步驟Bll所得結(jié)果信號和所述交流輸入電壓進(jìn)行合成處理， 產(chǎn)生基準(zhǔn)電流；B13、對基準(zhǔn)電流和PFC母線電流進(jìn)行比較處理，產(chǎn)生所述控制信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于并聯(lián)PFC電路控制的交錯并聯(lián)PFC控制電路，其中，采樣模塊采樣交流輸入電壓、PFC母線電壓和PFC母線電流，處理模塊處理上述采樣信號和基準(zhǔn)參考電壓信號以產(chǎn)生控制信號，比較模塊將控制信號分別與第一、二載波信號比較而產(chǎn)生第一、二占空比信號，該第一、二載波信號為錯開規(guī)定相角的相同波形，選擇模塊將第一、二占空比信號按其周期分別交替作為兩并聯(lián)PFC電路中一者與另一者的驅(qū)動控制信號輸出。本發(fā)明同時公開了一種交錯并聯(lián)PFC控制方法。本發(fā)明能有效抑制以往交錯并聯(lián)電路的驅(qū)動信號不對稱而產(chǎn)生的不均流問題，且實現(xiàn)起來簡單、成本較低。
文檔編號H02M1/42GK101594049SQ20081006748
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者巖 朱 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司