本發明涉及功率因素校正器的拓撲變換及控制方法領域，特指單電感兩級式的拓撲結構變換器及其控制方法。

背景技術：

兩級式PFC變換器在對輸入端功率因素高，輸出端動態響應快及波形較好的應用中有著不可替代的優勢，但是傳統兩級式PFC變換器其主電路器件較多成本較高，控制電路需要兩套成本較高。

技術實現要素：

本發明的目的是針對傳統兩級式PFC變換器其主電路器件較多成本較高，控制電路需要兩套成本較高等問題，提出了一種單電感兩級式PFC變換器的拓撲結構及雙峰電流控制的方法，減少了兩級式PFC變換器的成本。

具體技術方案為：

單電感兩級式的拓撲結構變換器，包括由輸入端的交流源AC、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4組成一個單相半波整流電路；還包括開關管T1、開關管T2、開關管T3、開關管T4與電感L組成的一個單電感的H橋結構，單電感的H橋結構使電感L上的電流iL從正方向或者負方向流通；所述的單電感的H橋結構包括四個外端口，四個外端口分別連接輸入端、輸出端、電容C1以及一個公共端口；二極管D5與輸入端的單相半波整流電路串接，防止電路其他部分電流回流到輸入端；電阻R與電容C2并聯，電容C2與電阻R構成輸出端，輸出電壓為Vout2；二極管D6與輸出端串接，防止輸出端電流流入電路其余部分；C1連接在單電感的H橋結構的一個端口與公共端口之間，儲存紋波較大的能量，能量以電壓Vout1的形式存儲在電容C1中；信號s1、信號s2、信號s3、信號s4分別為開關管T1、開關管T2、開關管T3、開關管T4的控制信號。

本發明還提供該單電感兩級式的拓撲結構變換器的控制方法：對于拓撲結構，僅僅使用了一個電感；對于控制方法，采用雙峰值控制法，控制單電感兩級式變換器BOOST狀態時電感電流的峰值及BUCK狀態時電感電流峰值；所述控制方法如下：

(1)將采樣的輸入交流電壓與采樣的中間電容的電壓通過乘法器，再將乘法器產生的信號通過PI調節成BOOST狀態的電流峰值參考值IP1；

(2)采樣輸出電容上的電壓通過PI調節成BUCK狀態的電流峰值參考值IP2；

(3)將步驟(1)得到的BOOST狀態的電流峰值參考值IP1與實時的電感電流采樣值I進行對比，當I＝IP1時，產生一個峰值信號P1；

(4)將步驟(2)得到的BUCK狀態的電流峰值參考值IP2與實時的電感電流采樣值I進行對比，當I＝IP2時，產生一個峰值信號P2；

(5)將實時的電感電流采樣值I與零進行對比，當I＝0時，產生一個過零信號Z1；

采用了雙峰電流控制的方法，相應的開關的驅動信號通過以下步驟獲得：

(6)開關管MOS1的驅動信號S1通過振蕩器在零時刻變為高電平S1＝1,與此同時變為高電平的還有開關管MOS2的驅動信號S2＝1，此時的開關管MOS3的驅動信號S3＝0，開關管MOS4的驅動信號S4＝0；

(7)當電感上電流上升達到步驟(3)的條件時，開關管MOS2關斷，驅動信號S2＝0；

(8)當電感電流下降到零，即達到步驟(5)的條件時，開關管MOS1關斷，驅動信號S1＝0，與此同時開關管MOS3,MOS4打開，驅動信號S3＝1,S4＝1；

(9)電感電流繼續向負方向增加，即達到步驟(4)的條件時，開關管MOS3斷開，驅動信號S3＝0；

(10)當振蕩器進入下一個周期的時候，開關管MOS4關斷，驅動信號S4＝0,開關管MOS1,MOS2打開，驅動信號S1＝1,S2＝1,即進入步驟(6)的狀態。

傳統的兩級式PFC變換器，即BOOST前級BUCK后級，在拓撲結構中有兩個電感，會占用較大的體積且成本較高，不利于開關電源的整體設計。

本發明針對傳統兩級式PFC變換器占用體積較大且成本較高的問題提出了一種單電感兩級式PFC變換器的拓撲結構，包括雙峰值電流的控制方法。雙峰值電流的控制方法是分別通過反饋兩個電容上面的電壓生成兩個峰值，然后將兩個峰值與實時的電流對比生成單電感兩級式變換器BOOST狀態及BUCK狀態的占空比。雙峰值電流控制方法僅需要一套控制電路，比起傳統兩級式PFC變換器的兩套控制電路節約了成本。

附圖說明

圖1為本發明的拓撲結構。

圖2為本發明采用雙峰電流控制法電感上的電流及對應的PWM驅動信號。

圖3為本發明輸入端的電流。

圖4為本發明中間電容上的電壓。

圖5為本發明輸出端上的電壓。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

如圖1，其示出了本發明提供的單電感兩級式的拓撲結構。常規的單級BOOS TPFC中，開關管僅含有T2與T3，電容僅有C1。本發明所提出的拓撲結構在輸入端與輸出端各加一個開關管T1與開關管T4，并加入電容C2。中間穩壓電容為C1，輸出端穩壓電容為C2。四個開關管與電感L形成了一個H橋的構架,使電感上面的電流可以從正方向或負方向流動,即先讓AC輸入端的能量流入電容C1再讓電容C1的能量流入電容C2，電容C2上面的能量供給負載R。其中D5,D6的作用是為了防止電流回流。具體結構：包括由輸入端的交流源AC、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4組成一個單相半波整流電路；還包括開關管T1、開關管T2、開關管T3、開關管T4與電感L組成的一個單電感的H橋結構，單電感的H橋結構使電感L上的電流iL從正方向或者負方向流通；所述的單電感的H橋結構包括四個外端口，四個外端口分別連接輸入端、輸出端、電容C1以及一個公共端口；二極管D5與輸入端的單相半波整流電路串接，防止電路其他部分電流回流到輸入端；電阻R與電容C2并聯，電容C2與電阻R構成輸出端，輸出電壓為Vout2；二極管D6與輸出端串接，防止輸出端電流流入電路其余部分；C1連接在單電感的H橋結構的一個端口與公共端口之間，儲存紋波較大的能量，能量以電壓Vout1的形式存儲在電容C1中；信號s1、信號s2、信號s3、信號s4分別為開關管T1、開關管T2、開關管T3、開關管T4的控制信號。

如圖2，其示出了本發明提供的單電感兩級式的拓撲結構變換器的控制方法，具體包括以下步驟：

(1)根據輸入的需要設定電流峰值Ip1，根據輸出的需要設定電流峰Ip2；

(2)時間0到t0時，驅動信號S1＝1,S2＝1,S3＝0,S4＝0，電感上的電流增加，采樣流過電感的電流，并與電流峰值Ip1進行比較。

(3)當采樣電流等于或大于Ip1時，驅動信號S2＝0,步驟(2)到步驟3)所對應的時間為D1Ts，這里的D1就是變換器BOOST狀態的占空比，用于控制輸入電流。

(4)步驟(3)之后，即時間t0到t1，電感上的電流會下降，當下降到零的時候，驅動信號S1＝0,S3＝1,S4＝1。

(5)步驟(4)之后，即時間t1到t2，電感上的電流會向負方向增加，并于電流峰值Ip2進行比較。

(6)當采樣電流小于或等于Ip2時，驅動信號S3＝0，步驟(5)到步驟6)所對應的時間為D3Ts，這里的D3就是變換器BUCK狀態時的占空比，用于控制輸出電壓。

(7)直到進入下一個周期，回到步驟(2)。

單電感兩級式的拓撲結構變換器輸入端的電流、中間電容上的電壓、輸出端上的電壓分別如圖3、圖4和圖5所示。