CN104135002A

CN104135002A - 交错式功率因数校正器

Info

Publication number: CN104135002A
Application number: CN201410331998.3A
Authority: CN
Inventors: 张国柱
Original assignee: Midea Group Wuhan Refrigeration Equipment Co Ltd; Handan Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd
Current assignee: Midea Group Wuhan Refrigeration Equipment Co Ltd; Handan Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: DE202014011364U1; EP3168972A1; EP3168972A4; WO2016004700A1; CN104135002B

Abstract

本发明提出一种交错式功率因数校正器，包括：第一PFC模块；第二PFC模块；电流检测模块，用于检测通过第一PFC模块中第一开关器件的电流I1、通过第二PFC模块中第二开关器件的电流I2以及通过第一开关器件和第二开关器件的电流Iin；电压检测模块，用于检测输入到交错式功率因数校正器的电压U1和交错式功率因数校正器的输出电压U2；控制模块，根据电流I1、电流I2、电流Iin、电压U1、电压U2和预设的目标输出电压生成控制第一开关器件的第一PWM控制信号和控制第二开关器件的第二PWM控制信号，其中，第一PWM控制信号和第二PWM控制信号互差半个载波周期。本发明的交错式功率因数校正器具有更低的电路成本。

Description

交错式功率因数校正器

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别涉及一种交错式功率因数校正器。

背景技术

为了减少用电设备所产生的电流谐波和无功功率对电网的污染，用电设备的电流谐波需满足一定的谐波标准。为了使用电设备满足谐波标准，需对其进行功率因数校正(PFC，Power Factor Correction)。在此背景下，多种功率因数校正技术被提出，并应用于电器设备中。

由于交错式PFC方案具有谐波电流小、可靠性高等优点，正受到越来越多的重视。目前的交错式PFC方案多采用两路对称的boost型升压电路结构。尽管电路结构对称，但由于电感等元器件存在一定的差异性，仍然可能造成两路对称的boost型升压电路电流不平衡，从而导致一个开关管电流过大。当开关管电流达到一定程度时，就有可能会烧坏开关管，使得电路整体失效。因此，交错式PFC方案除了要进行功率因数校正外，还要对两路开关管进行电流平衡控制。

相关技术中，提出以下两种方案来实现对两路开关管进行电流平衡控制。其中，方案一提出了一种对两路对称的boost型升压电路总电流和其中一路boost型升压电路电流分别进行采样的功率因数校正装置。该功率因数校正装置将两路对称的boost型升压电路总电流与其中一路boost型升压电路电流的差值，作为另一路boost型升压电路电流的估计值，并根据该估计值对两路开关管进行电流平衡控制。方案二提出了一种分别对两路开关管进行电流采样的交错式PFC方案。该方案无需采集两路对称的boost型升压电路总电流便能计算出开关管的占空比并实现电流平衡。

然而，上述相关技术中的两种方案都至少需要两个电流传感器，才能实现对两路开关管进行电流平衡控制的交错式PFC方案，因此电路成本较高。

发明内容

本发明的目的旨在至少从一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种交错式功率因数校正器，该交错式功率因数校正器具有更低的电路成本。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种交错式功率因数校正器，该交错式功率因数校正器包括：第一PFC模块，所述第一PFC模块包括第一储能电感、第一开关器件和第一快恢复二极管；第二PFC模块，所述第二PFC模块和所述第一PFC模块相互并联，所述第二PFC模块包括第二储能电感、第二开关器件和第二快恢复二极管，所述第二开关器件的发射极与所述第一开关器件的发射极相连且之间具有第一节点；电流检测模块，所述电流检测模块与所述第一节点相连，所述电流检测模块用于分别检测通过所述第一开关器件的电流I1、通过所述第二开关器件的电流I2以及通过所述第一开关器件和第二开关器件的电流Iin；电压检测模块，所述电压检测模块用于检测输入到所述交错式功率因数校正器的电压U1和所述交错式功率因数校正器的输出电压U2；以及控制模块，所述控制模块分别与所述电流检测模块、所述电压检测模块和所述第一开关器件的控制端、所述第二开关器件的控制端相连，所述控制模块根据所述电流I1、所述电流I2、所述电流Iin、所述电压U1、所述电压U2以及预设的目标输出电压生成控制所述第一开关器件的第一PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)控制信号和控制所述第二开关器件的第二PWM控制信号，其中，所述第一PWM控制信号和所述第二PWM控制信号互差半个载波周期。

本发明实施例提出的交错式功率因数校正器，在电流检测模块检测到通过第一PFC模块中第一开关器件的电流I1、通过第二PFC模块中第二开关器件的电流I2以及通过第一开关器件和第二开关器件的电流Iin后，和电压检测模块检测到输入到交错式功率因数校正器的电压U1和交错式功率因数校正器的输出电压U2后，进而控制模块根据电流I1、电流I2、电流Iin、电压U1、电压U2以及预设的目标输出电压生成互差半个载波周期的控制第一开关器件的第一PWM控制信号和控制第二开关器件的第二PWM控制信号。该交错式功率因数校正器能够对第一开关器件的电流I1和第二开关器件的电流I2进行电流平衡控制，且具有更低的电路成本。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述第一开关器件的开通时间与所述第二开关器件的开通时间完全不重合时，所述电流检测模块在所述第一开关器件处于开通状态时检测所述电流I1，并在所述第二开关器件处于开通状态时检测所述电流I2，以及根据所述电流I1和所述电流I2计算得到所述电流Iin。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述第一开关器件的开通时间与所述第二开关器件的开通时间部分重合时，其中，所述电流检测模块在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于关闭状态时检测所述电流I1，并在所述第二开关器件处于开通状态且所述第一开关器件处于关闭状态时检测所述电流I2，以及根据所述电流I1和所述电流I2计算得到所述电流Iin；或者所述电流检测模块在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于关闭状态时检测所述电流I1，并在所述第二开关器件处于开通状态且所述第一开关器件处于关闭状态时检测所述电流I2，以及在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于开通状态时检测所述电流Iin；或者所述电流检测模块在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于关闭状态时检测所述电流I1，并在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于开通状态时检测所述电流Iin，以及根据所述电流I1和所述电流Iin计算得到所述电流I2；或者所述电流检测模块在所述第二开关器件处于开通状态且所述第一开关器件处于关闭状态时检测所述电流I2，并在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于开通状态时检测所述电流Iin，以及根据所述电流I2和所述电流Iin计算得到所述电流I1。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制模块进一步包括：PFC控制单元，所述PFC控制单元在每个所述载波周期内根据所述电流Iin、所述电压U1、所述电压U2以及所述预设的目标输出电压生成第一占空比信号；占空比调整单元，所述占空比调整单元根据所述电流I1和所述电流I2计算占空比调整量；第一计算单元，所述第一计算单元根据所述第一占空比信号和所述占空比调整量计算出所述第一开关器件的占空比信号；第二计算单元，所述第二计算单元根据所述第一占空比信号和所述占空比调整量计算出所述第二开关器件的占空比信号；第一锯齿波生成单元，所述第一锯齿波生成单元用于输出第一锯齿波信号；第二锯齿波生成单元，所述第二锯齿波生成单元用于输出第二锯齿波信号；第一PWM控制信号生成单元，所述第一PWM控制信号生成单元根据所述第一开关器件的占空比信号和所述第一锯齿波信号生成所述第一PWM控制信号；以及第二PWM控制信号生成单元，所述第二PWM控制信号生成单元根据所述第二开关器件的占空比信号和所述第二锯齿波信号生成所述第二PWM控制信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述占空比调整单元根据以下公式计算所述占空比调整量：

\{\begin{matrix} Sum (k) = Sum (k - 1) + (I 2 (k) - I 1 (k)) \cdot T \\ ΔD = Kp \cdot (I 2 (k) - I 1 (k)) + Ki \cdot Sum (k) \end{matrix}

其中，Sum(k)为第k个载波周期计算出的积分值，Sum(k-1)为第k-1个载波周期计算出的积分值，k为大于等于1的整数，I1(k)与I2(k)分别为第k个载波周期所述电流I1与所述电流I2的采样值，T为所述载波周期的时间长度，Kp与Ki分别为比例控制系数与积分控制系数，ΔD为所述占空比调整量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一开关器件的占空比信号和所述第二开关器件的占空比信号根据以下公式计算得到：

\{\begin{matrix} D 1 = Dtotal + ΔD \\ D 2 = Dtotal - ΔD \end{matrix}

其中，D1为所述第一开关器件的占空比信号，D2为所述第二开关器件的占空比信号，Dtotal为所述第一占空比信号，ΔD为所述占空比调整量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一锯齿波信号根据以下公式表示：

F(t)＝[t-(k-1)T]/T，(k-1)T<t≤kT

其中，F(t)为所述第一锯齿波信号，T为所述载波周期的时间长度，k为大于等于1的整数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如果所述第一开关器件的占空比信号和所述第一锯齿波信号之差大于0，所述第一PWM控制信号生成单元输出1，否则，所述第一PWM控制信号生成单元输出0；以及如果所述第二开关器件的占空比信号和所述第二锯齿波信号之差大于0，所述第二PWM控制信号生成单元输出1，否则，所述第二PWM控制信号生成单元输出0。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的交错式功率因数校正器的方框示意图；

图2为根据本发明一个实施例的交错式功率因数校正器的检测电流的示意图；

图3为根据本发明另一个实施例的交错式功率因数校正器的检测电流的示意图；

图4为根据本发明再一个实施例的交错式功率因数校正器的检测电流的示意图；

图5为根据本发明一个实施例的交错式功率因数校正器的控制模块的方框示意图；

图6为根据本发明一个实施例的交错式功率因数校正器的占空比信号、锯齿波信号和PWM控制信号的示意图；以及

图7为根据本发明一个实施例的交错式功率因数校正器的输出电流的波形示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的交错式功率因数校正器1。

如图1所示，本发明实施例的交错式功率因数校正器1包括：第一PFC模块10、第二PFC模块20、电流检测模块30例如电流传感器、电压检测模块40例如电压传感器以及控制模块50例如MCU(Micro Control Unit，微控制单元)。其中，第一PFC模块10包括第一储能电感L1、第一开关器件Q1和第一快恢复二极管D1。第二PFC模块20和第一PFC模块10相互并联，第二PFC模块20包括第二储能电感L2、第二开关器件Q2和第二快恢复二极管D2，第二开关器件Q2的发射极与第一开关器件Q1的发射极相连且之间具有第一节点J1。第一储能电感L1和第二储能电感L2的电感值在100uH至9mH之间。电流检测模块30与第一节点J1相连，电流检测模块30用于分别检测通过第一开关器件Q1的电流I1、通过第二开关器件Q2的电流I2以及通过第一开关器件Q1和第二开关器件Q2总的电流Iin。电压检测模块40用于检测输入到交错式功率因数校正器1的电压U1和交错式功率因数校正器1的输出电压U2。控制模块50分别与电流检测模块30、电压检测模块40和第一开关器件Q1的控制端、第二开关器件Q2的控制端相连，控制模块50根据电流I1、电流I2、电流Iin、电压U1、电压U2以及预设的目标输出电压Vref生成控制第一开关器件Q1的第一PWM控制信号和控制第二开关器件Q2的第二PWM控制信号，其中，第一PWM控制信号和第二PWM控制信号的载波周期相等且互差半个载波周期。

需要说明的是，需要说明的是，第一PFC模块10和第二PFC模块20构成两路对称的boost型升压电路。另外，电流检测模块30可以通过AD变换将模拟量的电流I1、电流I2和电流Iin变换为数字量输出至控制模块50，同样电压检测模块40也可以通过AD变换将模拟量的电压U1和电压U2变换为数字量输出至控制模块50。

具体地，在本发明的一个实施例中，如图1所示，交错式功率因数校正器1的输入端可以与整流桥60相连，交错式功率因数校正器1的输出端可以与用电设备70相连，其中，整流桥60用于对交流电源AC输出的交流电进行整流。整流桥60的第一输出端分别与第一储能电感L1的一端和第二储能电感L2的一端相连，整流桥60的第二输出端接地，第一储能电感L1的另一端分别与第一开关器件Q1的集电极和第一快恢复二极管D1的阳极相连，第一快恢复二极管D1的阴极与用电设备70的一端相连，第二储能电感L2的另一端分别与第二开关器件Q2的集电极和第二快恢复二极管D2的阳极相连，第二快恢复二极管D2的阴极与用电设备70的一端相连，用电设备70的另一端接地。第一开关器件Q1根据第一PWM控制信号来开通和关断，第二开关器件Q2根据第二PWM控制信号来开通和关断，从而实现对用电设备70的输入电流进行功率因数校正和谐波抑制，以及实现对第一开关器件Q1和第二开关器件Q2进行电流平衡控制。

另外，在本发明的一个实施例中，如图1所示，交错式功率因数校正器1还可以包括电流采样模块80、第一电压采样模块90和第二电压采样模块100。其中，第一电流采样模块80可以为第一电阻R1，第一电阻R1的一端与第一节点J1相连，第一电阻R1的另一端接地。第一电压采样模块90可以包括串联的第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2与第三电阻R3之间具有第二节点J2，第二电阻R2的一端与整流桥60的第一输出端相连，第三电阻R3的一端接地，电压检测模块40的第一输入端与第二节点J2相连。第二电压采样模块100可以包括串联的第四电阻R4和第五电阻R5，第四电阻R4与第五电阻R5之间具有第三节点J3，第四电阻R4的一端分别与第一快恢复二极管D1的阴极和第二快恢复二极管D2的阴极相连，第五电阻R5的一端接地，电压检测模块40的第二输入端与第三节点J3相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当第一开关器件Q1的开通时间与第二开关器件Q2的开通时间完全不重合时，电流检测模块30在第一开关器件Q1处于开通状态时检测电流I1，并在第二开关器件Q2处于开通状态时检测电流I2，以及根据电流I1和电流I2计算得到电流Iin。

具体地，在本发明的一个实施例中，如图2所示，电流检测模块30可以在第一开关器件Q1处于开通状态的时间中间点，对第一节点J1的对地电压进行检测，并把检测值作为电流I1，以及在第二开关器件Q2处于开通状态的时间中间点，对第一节点J1的对地电压进行检测，并把检测值作为电流I2，电流Iin＝I1+I2。

进一步地，在本发明的另一个实施例中，当第一开关器件Q1的开通时间与第二开关器件Q2的开通时间部分重合时，其中，电流检测模块30在第一开关器件Q1处于开通状态且第二开关器件Q2处于关闭状态时检测电流I1，并在第二开关器件Q2处于开通状态且第一开关器件Q1处于关闭状态时检测电流I2，以及根据电流I1和电流I2计算得到电流Iin。或者电流检测模块30在第一开关器件Q1处于开通状态且第二开关器件Q2处于关闭状态时检测电流I1，并在第二开关器件Q2处于开通状态且第一开关器件Q1处于关闭状态时检测电流I2，以及在第一开关器件Q1处于开通状态且第二开关器件Q2处于开通状态时检测电流Iin。或者电流检测模块30在第一开关器件Q1处于开通状态且第二开关器件Q2处于关闭状态时检测电流I1，并在第一开关器件Q1处于开通状态且第二开关器件Q2处于开通状态时检测电流Iin，以及根据电流I1和电流Iin计算得到电流I2。或者电流检测模块30在第二开关器件Q2处于开通状态且第一开关器件Q1处于关闭状态时检测电流I2，并在第一开关器件Q1处于开通状态且第二开关器件Q2处于开通状态时检测电流Iin，以及根据电流I2和电流Iin计算得到电流I1。

具体地，在本发明的一个实施例中，如图3所示，电流检测模块30可以在第一开关器件Q1处于开通状态的时间中间点，对第一节点J1的对地电压进行检测，并把检测值作为电流I1，以及在第二开关器件Q2处于开通状态的时间中间点，对第一节点J1的对地电压进行检测，并把检测值作为电流I2，以及在第一开关器件Q1和第二开关器件Q2均处于开通状态的时间中间点，对第一节点J1的对地电压进行检测，并把检测值作为电流Iin。

进一步地，在本发明的再一个实施例中，在稳态条件下，在第一开关器件Q1和第二开关器件Q2的输入电流接近于零时，第一开关器件Q1的开通时间与第二开关器件Q2的开通时间可能完全重合，且当第一开关器件Q1的开通时间与第二开关器件Q2的开通时间完全重合时，电流检测模块30只能检测电流Iin，而无法检测电流I1和电流I2。

例如，在本发明的一个实施例中，如图4所示，在第一开关器件Q1和第二开关器件Q2均处于开通状态时，在第一开关器件Q1处于开通状态的时间中间点对第一节点J1的对地电压进行检测，或在第二开关器件Q2处于开通状态的时间中间点对第一节点J1的对地电压进行检测，检测值均为电流Iin，其中，T1为第一个载波周期，T1为第二个载波周期。但由于此时第一开关器件Q1和第二开关器件Q2的输入电流接近于零，所以无需考虑第一开关器件Q1和第二开关器件Q2的电流平衡。实际上，第一开关器件Q1的开通时间与第二开关器件Q2的开通时间完全重合出现的概率很低，并不影响本发明实施例的交错式功率因数校正器1对第一开关器件Q1和第二开关器件Q2进行电流平衡控制的总体效果。

需要说明的是，图2、图3和图4中，在第一PWM控制信号为高电平时，第一开关器件Q1开通，在第一PWM控制信号为低电平时，第一开关器件Q1关断，在第二PWM控制信号为高电平时，第二开关器件Q2开通，在第二PWM控制信号为低电平时，第二开关器件Q2关断。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图5所示，控制模块50可以进一步包括：PFC控制单元51、占空比调整单元52、第一计算单元53、第二计算单元54、第一锯齿波生成单元55、第二锯齿波生成单元56、第一PWM控制信号生成单元57以及第二PWM控制信号生成单元58。其中，PFC控制单元51可以在每个载波周期内基于单周期算法或平均电流法等，在每个第一开关器件Q1的载波周期里和每个第二开关器件Q2的载波周期里，根据电流Iin、电压U1、电压U2以及预设的目标输出电压Vref生成第一占空比信号。占空比调整单元52根据电流I1和电流I2计算占空比调整量。第一计算单元53根据第一占空比信号和占空比调整量计算出第一开关器件Q1的占空比信号。第二计算单元54根据第一占空比信号和占空比调整量计算出第二开关器件Q2的占空比信号。第一锯齿波生成单元55用于输出第一锯齿波信号。第二锯齿波生成单元56用于输出第二锯齿波信号。第一PWM控制信号生成单元57根据第一开关器件Q1的占空比信号和第一锯齿波信号生成第一PWM控制信号。第二PWM控制信号生成单元58根据第二开关器件Q2的占空比信号和第二锯齿波信号生成第二PWM控制信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，占空比调整单元52可以包括PID控制器，PID控制器可以根据电流I1与电流I2的差值计算占空比调整量。具体地，在本发明的一个实施例中，占空比调整单元52可以根据以下公式计算占空比调整量：

\{\begin{matrix} Sum (k) = Sum (k - 1) + (I 2 (k) - I 1 (k)) \cdot T \\ ΔD = Kp \cdot (I 2 (k) - I 1 (k)) + Ki \cdot Sum (k) \end{matrix}

其中，Sum(k)为第k个载波周期计算出的积分值，Sum(k-1)为第k-1个载波周期计算出的积分值，k为大于等于1的整数，I1(k)与I2(k)分别为第k个载波周期电流I1与电流I2的采样值，T为载波周期的时间长度，Kp与Ki分别为比例控制系数与积分控制系数，ΔD为占空比调整量。

需要说明的是，当第一开关器件Q1的开通时间与第二开关器件Q2的开通时间完全重合时，电流检测模块30只能检测电流Iin，而无法检测电流I1和电流I2，此时，无法根据以上公式计算占空比调整量ΔD，当前载波周期的占空比调整量ΔD不进行更新，继续保持为上一载波周期的占空比调整量ΔD。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一开关器件Q1的占空比信号和第二开关器件Q2的占空比信号可以根据以下公式计算得到：

\{\begin{matrix} D 1 = Dtotal + ΔD \\ D 2 = Dtotal - ΔD \end{matrix}

其中，D1为第一开关器件Q1的占空比信号，D2为第二开关器件Q2的占空比信号，Dtotal为第一占空比信号，ΔD为占空比调整量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一锯齿波信号可以根据以下公式表示：

F(t)＝[t-(k-1)T]/T，(k-1)T<t≤kT

其中，F(t)为第一锯齿波信号，T为载波周期的时间长度，T的取值范围在10微秒至60微秒之间，k为大于等于1的整数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第二锯齿波信号的公式可以为F(t-T/2)，第二锯齿波信号与第一锯齿波信号互差T/2。

进一步地，如图6所示，在本发明的一个实施例中，如果第一开关器件Q1的占空比信号D1和第一锯齿波信号F(t)之差大于0，第一PWM控制信号生成单元57输出1，否则，第一PWM控制信号生成单元57输出0。如果第二开关器件Q2的占空比信号D2和第二锯齿波信号F(t-T/2)之差大于0，第二PWM控制信号生成单元58输出1，否则，第二PWM控制信号生成单元58输出0。从图6中可以看出，第一PWM控制信号和第二PWM控制信号的载波周期相等且互差半个载波周期，且在每个载波周期，第一PWM控制信号和第二PWM控制信号均输出一次高电平，从而使得第一开关器件Q1和第二开关器件Q2在每个载波周期均开通一次，极大提高了第一开关器件Q1和第二开关器件Q2的开通次数，有效抑制了用电设备70的输入电流谐波。

图7为本发明一个实施例的交错式功率因数校正器的输出电流的波形示意图。从图7中可以看出，电流Iin的纹波明显小于电流I1的纹波和电流I2的纹波，并且由于对电流I1和电流I2进行平衡控制，电流I1和电流I2基本能保持一致。另外，在对采用本发明实施例的交错式功率因数校正器的用电设备进行大量实验后，实验结果表明，采用本发明实施例的交错式功率因数校正器的用电设备，功率因数可以达到99％以上，且输入电流谐波也得到了有效抑制，能够满足谐波标准。

本发明实施例提出的交错式功率因数校正器，在电流检测模块检测到通过第一PFC模块中第一开关器件的电流I1、通过第二PFC模块中第二开关器件的电流I2以及通过第一开关器件和第二开关器件的电流Iin后，和电压检测模块检测到输入到交错式功率因数校正器的电压U1和交错式功率因数校正器的输出电压U2后，进而控制模块根据电流I1、电流I2、电流Iin、电压U1、电压U2以及预设的目标输出电压生成互差半个载波周期的控制第一开关器件的第一PWM控制信号和控制第二开关器件的第二PWM控制信号。该交错式功率因数校正器仅需要一个电流传感器即可对第一开关器件的电流I1和第二开关器件的电流I2进行电流平衡控制，大大节省了电路的成本，并且功率因数校正性能、电流平衡控制性能和电流谐波抑制效果良好。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种交错式功率因数校正器，其特征在于，包括：

第一功率因数校正PFC模块，所述第一PFC模块包括第一储能电感、第一开关器件和第一快恢复二极管；

第二PFC模块，所述第二PFC模块和所述第一PFC模块相互并联，所述第二PFC模块包括第二储能电感、第二开关器件和第二快恢复二极管，所述第二开关器件的发射极与所述第一开关器件的发射极相连且之间具有第一节点；

电流检测模块，所述电流检测模块与所述第一节点相连，所述电流检测模块用于分别检测通过所述第一开关器件的电流I1、通过所述第二开关器件的电流I2以及通过所述第一开关器件和第二开关器件的电流Iin；

电压检测模块，所述电压检测模块用于检测输入到所述交错式功率因数校正器的电压U1和所述交错式功率因数校正器的输出电压U2；以及

控制模块，所述控制模块分别与所述电流检测模块、所述电压检测模块和所述第一开关器件的控制端、所述第二开关器件的控制端相连，所述控制模块根据所述电流I1、所述电流I2、所述电流Iin、所述电压U1、所述电压U2以及预设的目标输出电压生成控制所述第一开关器件的第一PWM控制信号和控制所述第二开关器件的第二PWM控制信号，其中，所述第一PWM控制信号和所述第二PWM控制信号互差半个载波周期。

2.如权利要求1所述的交错式功率因数校正器，其特征在于，当所述第一开关器件的开通时间与所述第二开关器件的开通时间完全不重合时，所述电流检测模块在所述第一开关器件处于开通状态时检测所述电流I1，并在所述第二开关器件处于开通状态时检测所述电流I2，以及根据所述电流I1和所述电流I2计算得到所述电流Iin。

3.如权利要求1所述的交错式功率因数校正器，其特征在于，当所述第一开关器件的开通时间与所述第二开关器件的开通时间部分重合时，其中，

所述电流检测模块在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于关闭状态时检测所述电流I1，并在所述第二开关器件处于开通状态且所述第一开关器件处于关闭状态时检测所述电流I2，以及根据所述电流I1和所述电流I2计算得到所述电流Iin；或者

所述电流检测模块在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于关闭状态时检测所述电流I1，并在所述第二开关器件处于开通状态且所述第一开关器件处于关闭状态时检测所述电流I2，以及在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于开通状态时检测所述电流Iin；或者

所述电流检测模块在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于关闭状态时检测所述电流I1，并在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于开通状态时检测所述电流Iin，以及根据所述电流I1和所述电流Iin计算得到所述电流I2；或者

所述电流检测模块在所述第二开关器件处于开通状态且所述第一开关器件处于关闭状态时检测所述电流I2，并在所述第一开关器件处于开通状态且所述第二开关器件处于开通状态时检测所述电流Iin，以及根据所述电流I2和所述电流Iin计算得到所述电流I1。

4.如权利要求1-3中任一项所述的交错式功率因数校正器，其特征在于，所述控制模块进一步包括：

PFC控制单元，所述PFC控制单元在每个所述载波周期内根据所述电流Iin、所述电压U1、所述电压U2以及所述预设的目标输出电压生成第一占空比信号；

占空比调整单元，所述占空比调整单元根据所述电流I1和所述电流I2计算占空比调整量；

第一计算单元，所述第一计算单元根据所述第一占空比信号和所述占空比调整量计算出所述第一开关器件的占空比信号；

第二计算单元，所述第二计算单元根据所述第一占空比信号和所述占空比调整量计算出所述第二开关器件的占空比信号；

第一锯齿波生成单元，所述第一锯齿波生成单元用于输出第一锯齿波信号；

第二锯齿波生成单元，所述第二锯齿波生成单元用于输出第二锯齿波信号；

第一PWM控制信号生成单元，所述第一PWM控制信号生成单元根据所述第一开关器件的占空比信号和所述第一锯齿波信号生成所述第一PWM控制信号；以及

第二PWM控制信号生成单元，所述第二PWM控制信号生成单元根据所述第二开关器件的占空比信号和所述第二锯齿波信号生成所述第二PWM控制信号。

5.如权利要求4所述的交错式功率因数校正器，其特征在于，所述占空比调整单元根据以下公式计算所述占空比调整量：

\{\begin{matrix} Sum (k) = Sum (k - 1) + (I 2 (k) - I 1 (k)) \cdot T \\ ΔD = Kp \cdot (I 2 (k) - I 1 (k)) + Ki \cdot Sum (k) \end{matrix}

6.如权利要求4所述的交错式功率因数校正器，其特征在于，所述第一开关器件的占空比信号和所述第二开关器件的占空比信号根据以下公式计算得到：

\{\begin{matrix} D 1 = Dtotal + ΔD \\ D 2 = Dtotal - ΔD \end{matrix}

7.如权利要求4所述的交错式功率因数校正器，其特征在于，所述第一锯齿波信号根据以下公式表示：

F(t)＝[t-(k-1)T]/T，(k-1)T<t≤kT

8.如权利要求4所述的交错式功率因数校正器，其特征在于，

如果所述第一开关器件的占空比信号和所述第一锯齿波信号之差大于0，所述第一PWM控制信号生成单元输出1，否则，所述第一PWM控制信号生成单元输出0；以及

如果所述第二开关器件的占空比信号和所述第二锯齿波信号之差大于0，所述第二PWM控制信号生成单元输出1，否则，所述第二PWM控制信号生成单元输出0。