1.一种集成APFC与开关电容变换器的升压电路,其特征在于,所述电路包括:电源输入转换单元、输入电感Lin、第一开关管Q1、第二开关管Q2、开关电容变换器单元、输出单元、第一PWM信号发生器、第二PWM信号发生器及模态分配单元;电源输入变换单元的一端连接输入电感Lin的输入端,输入电感Lin的输出端分别连接第一开关管Q1的第一端及开关电容变换器单元的第一输入端,第一开关管Q1的第二端分别连接第二开关管Q2的第一端及开关电容变换器单元的第二输入端,第二开关管Q2的第二端连接电源输入变换单元的另一端,开关电容变换器单元的第一输出端连接输出单元的一端,输出单元的另一端及开关电容变换器单元的第二输出端均与第二开关管Q2的第二端连接;
模态分配单元根据有源功率因数校正及升压要求,向第一PWM信号发生器及第二PWM信号发生器发出第一开关管Q1、第二开关管Q2的模态分配指示,第一PWM信号发生器根据模态分配指示产生第一PWM信号P1,其输出端连接第一开关管Q1的第三端,第二PWM信号发生器根据模态分配指示产生第二PWM信号S2,其输出端连接第二开关管Q2的第三端;第一PWM信号P1控制第一开关管Q1的导通状态,第二PWM信号S2控制第二开关管Q2的导通状态,使得输入电感Lin的电感电流跟随电源输入转换单元的输入电压变化,实现有源功率因数校正,并基于开关电容变换器单元升高输出电压。
2.根据权利要求1所述的集成APFC与开关电容变换器的升压电路,其特征在于,所述电源输入转换单元包括:交流输入电源AC及整流桥,所述整流桥包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4,二极管D1的阳极分别连接交流输入电源AC的一端及二极管D4的阴极,二极管D1的阴极分别与二极管D2的阴极及输入电感Lin的输入端连接,二极管D2的阳极分别连接交流输入电源AC的另一端及二极管D3的阴极,二极管D3的阳极分别连接第二开关管Q2的第二端,整流桥将交流输入电源AC输入的交流正弦波转换为拱波。
3.根据权利要求2所述的集成APFC与开关电容变换器的升压电路,其特征在于,开关电容变换器单元包括二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、第一飞电容C1、第二飞电容C2及第三飞电容C3;开关电容变换器单元的二极管D5的阳极作为开关电容变换器单元的第一输入端,连接第一开关管Q1的第一端;二极管D5的阴极分别连接二极管D6的阳极及第一飞电容C1的一端,第一飞电容C1的另一端作为开关电容变换器单元的第二输入端,分别连接第一开关管Q1的第二端、第一开关管Q1的第一端及第三飞电容C3的一端,二极管D6的阴极分别连接第二飞电容C2的一端及二极管D7的阳极,二极管D7的阴极分别连接第三飞电容C3的一端及二极管D8的阳极,二极管D8的阴极作为开关电容变换器单元的第一输出端连接输出单元的一端,第二飞电容C2的另一端作为开关电容变换器单元的第二输出端分别连接输出单元的另一端及第二开关管Q2的第二端;
所述输出单元包括电容C4及输出电阻Rout,所述电容C4与输出电阻Rout并联连接。
4.根据权利要求3所述的集成APFC与开关电容变换器的升压电路,其特征在于,当第一开关管Q1及第二开关管Q2均开通时,交流输入电源AC输入的交流正弦波转换为拱波后为输入电感Lin充电,电感电流Iin上升,二极管D5、二极管D6、二极管D8关断,二极管D7开通,第二飞电容C2通过二极管D7向第三飞电容C3放电;
当第一开关管Q1开通,第二开关管Q2关断时,交流输入电源AC与输入电感Lin、第一飞电容C1串联后通过二极管D6向第二飞电容C2充电,同时交流输入电源AC与输入电感Lin、第三飞电容C3串联后向电容C4充电,同时通过二极管D8为输出电阻Rout提供能量,输入电感Lin处于充电状态,电感电流Iin逐渐上升;
当第一开关管Q1关断,第二开关管Q2开通时,交流输入电源AC与输入电感Lin串联后向第一飞电容C1充电,第二飞电容C2通过二极管D7向第三飞电容C3放电并通过二极管D8为电容C4充电,输入电感Lin所储存的能量释放存储至电容C1中,电感电流Iin电流下降;
当第一开关管Q1以及第一开关管Q2均关断时,交流输入电源AC经整流桥整流后与输入电感Lin串联,通过二极管D5,二极管D6为第二飞电容C2充电,二极管D7,二极管D8关断,电容C4为输出电阻Rout提供能量。
5.根据权利要求3所述的集成APFC与开关电容变换器的升压电路,其特征在于,所述第一PWM信号发生器包括第一运算放大电路、乘法器、第二运算放大电路、第三运算放大电路,所述第一运算放大电路的正端输入为参考电压Vref,第一运算放大电路的负端输入为输出单元侧的输出电压Vc4,第一运算放大电路设有输入电阻Z1及电阻Z2,第一运算放大电路的负端分别连接输入电阻Z1的一端及电阻Z2的一端,输入电阻Z1的另一端连接输出单元的输出电压Vc4,电阻Z2的另一端连接第一运算放大电路的输出端;
第一运算放大电路的输出端连接乘法器的第一输入端,乘法器的第二输入端输入单位拱波|sinwx|,乘法器的输出端连接第二运算放大电路的正端,第二运算放大电路的负端输入电感电流Iin,第二运算放大电路的输出端连接第三运算放大电路的正端,第三运算放大电路的负端输入为锯齿波,第三运算放大电路的输出端输出第一PWM信号P1。
6.根据权利要求5所述的集成APFC与开关电容变换器的升压电路,其特征在于,所述第二PWM信号发生器包括第四放大电路、与门电路、非门电路、或门电路;第四放大电路的正端输入为恒定直流电压VDC,第四放大电路的负端输入为锯齿波,第四放大电路的输出端输出占空比恒定的PWM信号P11,占空比恒定的PWM信号P11与第一PWM信号P1均输入至与门电路,同时第一PWM信号P1输入至非门电路,非门电路的输出、与门电路的输出共同作为或门电路的输入,或门电路输出第二PWM信号S2。
7.根据权利要求6所述的集成APFC与开关电容变换器的升压电路,其特征在于,给定升压电路的平均电流值,调节第一PWM信号P1为高电平,第二PWM信号S2为高电平,第一开关管Q1及第二开关管Q2均处于开通模态,输入电感Lin的电感电流Iin上升,当输入电感Lin的电感电流Iin大于平均电流值时,调节第一PWM信号P1为低电平,第二PWM信号S2为高电平,第一开关管Q1处于关断、第二开关管Q2处于开通模态,输入电感Lin的电感电流Iin下降,当输入电感Lin的电感电流Iin小于平均电流值时,调节第一PWM信号P1为高电平,第二PWM信号S2为高电平,第一开关管Q1及第二开关管Q2均处于开通模态,输入电感Lin的电感电流Iin上升,使得输入电感Lin的电感电流跟随平均电流值变化,实现有源功率因数校正;
调节第一PWM信号P1及第二PWM信号S2的电平高、低状态的逻辑函数表达式为:P1=P1
其中,S2表示第二PWM信号,P1表示第一PWM信号,P11表示占空比恒定的PWM信号, 表示第一PWM信号取“非”。
8.根据权利要求6所述的集成APFC与开关电容变换器的升压电路,其特征在于,调节第一PWM信号P1为高电平,第二PWM信号S2为低电平,第一开关管Q1开通,第二开关管Q2关断模态,电源输入转换单元、第一飞电容C1均释放能量为第二飞电容C2充电,输出电压升高;
调节第一PWM信号P1及第二PWM信号S2的电平高、低状态的逻辑函数表达式为:P1=P1
其中,S2表示第二PWM信号,P1表示第一PWM信号,P11表示占空比恒定的PWM信号, 表示第一PWM信号取“非”。
9.一种集成APFC与开关电容变换器的升压电路控制方法,其特征在于,所述方法用于控制权利要求1所述的集成APFC与开关电容变换器的升压电路,包括:模态分配单元接收用户下发的有源功率因数校正及升压要求,向第一PWM信号发生器及第二PWM信号发生器发出第一开关管Q1、第二开关管Q2的模态分配指示;
根据模态分配指示,利用第一PWM信号发生器产生第一PWM信号P1,利用第二PWM信号发生器产生第二PWM信号S2;
将第一PWM信号P1输入第一开关管Q1的第三端,将第二PWM信号S2输入第一开关管Q2的第三端;
在电源输入转换单元的输入电压上升时,调节第一PWM信号P1为高电平,第二PWM信号S2为高电平,使第一开关管Q1及第二开关管Q2均处于开通模态;
在电源输入转换单元的输入电压下降时,调节第一PWM信号P1为低电平,第二PWM信号S2为高电平,第一开关管Q1处于关断、第二开关管Q2处于开通模态;
在需要升高输出电压时,调节第一PWM信号P1为高电平,第二PWM信号S2为低电平,使第一开关管Q1处于开通、第二开关管Q2处于关断模态。
10.根据权利要求9所述的集成APFC与开关电容变换器的升压电路控制方法,其特征在于,调节第一PWM信号P1及第二PWM信号S2的电平高、低状态的逻辑函数表达式为:P1=P1
其中,S2表示第二PWM信号,P1表示第一PWM信号,P11表示占空比恒定的PWM信号, 表示第一PWM信号取“非”。