專利名稱：一種單級單開關功率因數校正變換器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及功率因數校正變換器。
目前的功率因數校正變換器往往在電網輸入的交流電經過一個功率因數校正器后接一個直流變換電路以得到不同幅值的直流電，稱為兩級功率因數校正變換器。這種電路一般使用兩個控制器，其一用來控制貯能電容上的電壓和輸入電流使之成正弦波，另一個用來控制輸出電壓使之保持恒定。這種功率因數校正變換器由于需要兩個開關和兩套控制電路，因此成本較高。為了降低兩級功率因數校正變換器的成本，近年來，出現(xiàn)了單級單開關功率因數校正變換器。它把具有整流橋和電感的功率因數校正器和具有變壓器的直流變換器用一個開關組合在一起，它比兩級功率因數校正器節(jié)省了一個開關和一個控制器，降低了成本。但由于減少了一套控制系統(tǒng)和一個開關，減少了可完全控制的量，因而它的功率因數校正作用僅介于無源整流器和兩級功率因數校正器之間，而且在不少場合變得不實用。
本實用新型的目的是提供一種結構簡單、成本低、效率高、能保證輸入端具有較高功率因數的單級單開關功率因數校正變換器。
本實用新型的單級單開關功率因數校正變換器具有整流橋、變壓器、開關管，其特征是還包括由兩個繞組分別和二極管串聯(lián)而成的支路，該兩條支路并聯(lián)連接，其一端經電感與整流橋的正極相連，另一端與開關管漏極和變壓器原邊的接點相連，變壓器原邊的另一端經電容與開關管的源極一起接到整流橋的負極，兩個繞組中的其中一個繞組與電感相耦合，另一個繞組與變壓器相耦合，變壓器的副邊輸出接負載。
通常，可將電感和與該電感相耦合的繞組用一個電感來代替。
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。


圖1是本實用新型構成電路實例；圖2是本實用新型工作在輸入電壓較低時的波形圖；圖3是本實用新型工作在輸入電壓較高時的波形圖。
圖2及圖3中的L1、L2、L3、L、分別為電感L1、繞組L2、L3，變壓器原邊和變壓器副邊的電流，VTP為變壓器原邊的電壓。
參照圖1，本實用新型的單級單開關功率因數校正變換器包括整流橋Q、變壓器T、開關管S、由繞組L2和二極管D1串聯(lián)的支路及由繞組L3和二極管D2串聯(lián)的支路，該兩條支路并聯(lián)連接，其一端經電感L1與整流橋的正極相連，另一端與開關管漏極和變壓器原邊的接點相連，變壓器原邊的另一端經電容C與開關管的源極一起接到整流橋的負極，圖例中，繞組L2與電感L1相耦合，繞組L3與變壓器T相耦合，變壓器的副邊輸出到負載。
本實用新型在一個半波輸入中有兩個不同的工作過程當工作在輸入電壓較低時(參見圖2所示波形圖)。
t1時間內，開關閉合，由于輸入電壓較低，繞組L3上的電壓正比于電容C電壓，它高于電流流過電感L1和繞組L2時，在繞組L2上的電壓，因此電流流過電感L1和繞組L2并直線上升，在繞組L3上無電流流過。變壓器原邊上的電壓VTP為電容C上的電壓，原邊電流線性上升。
t2時間內，開關打開，電感L1和繞組L2上的電流流過變壓器原邊，進入電容C，電流直線下降直到零。變壓器原邊電壓反向，因此也降低了母線電壓，同時，注入變壓器原邊的電能被直接傳送到輸出端，提高了電路的效率。
t3時間內，流過電感L1和繞組L2的電流已下降到零。變壓器一般工作于電流連續(xù)狀態(tài)，副邊繼續(xù)輸出電流。
當工作在輸入電壓較高時(參見圖3所示波形圖)。
t1時間內，由于輸入電壓較高，繞組L3上的電壓低于繞組L2上的電壓，因此電流流過電感L1和繞組L3。繞組L3上的電壓正比于母線電壓，可以看作是對母線電壓的負反饋，有助于降低母線電壓，同時輸入繞組L3的電能被直接傳送到輸出端，提高了電路的效率。
t2時間內，開關打開，由于電感L1上的電壓為負值，耦合到繞組L2上后，繞組L3上的電壓高于繞組L2上的電壓，電流迅速從L3過渡到L2上，但繞組L3上的能量不會傳到繞組L2中，因此流過電感L1中的電流將下降，設電感L1和繞組L2耦合在一起后的電感量為L，這電流變?yōu)?2L1IL12=12LI2]]>其中，IL1為流過電感L1的原來的電流，I為電流變化后流過L1和L2的電流。變換后的電流仍通過變壓器原邊流向貯能電容C。流過電感L1的電流直線下降直到零。
t3時間內，電路工作狀況與輸入電壓較低時相同。
本實用新型中的與電感L1相耦合的繞組L2也可以用一電感代替。
本實用新型的單級單開關功率因數校正變換器結構簡單，成本低，它利用與變壓器相耦合的繞組作為電容電壓反饋信號，能顯著降低電容電壓應力并提高效率；利用與輸入端的電感相耦合的繞組與電壓反饋繞組相并聯(lián)，可以消除輸入電流死區(qū)，提高輸入端功率因數；貯能電容與變壓器原邊相串聯(lián)，進一步降低電容電壓應力和提高效率。實驗證明，該電路母線應力在輸入為220V時僅為310V，輸入功率因數可達95％，整體效率可達85％以上。本實用新型可廣泛應用于中小功率的各類電氣電源和電子鎮(zhèn)流器。
權利要求1．一種單級單開關功率因數校正變換器，包括整流橋[Q]、變壓器[T]、開關管[S]，其特征是還包括由兩個繞組[L2]、[L3]分別和二極管[D1]、[D2]串聯(lián)而成的支路，該兩條支路并聯(lián)連接，其一端經電感[L1]與整流橋的正極相連，另一端與開關管漏極和變壓器原邊的接點相連，變壓器原邊的另一端經電容[C]與開關管的源極一起接到整流橋的負極，兩個繞組中的其中一個繞組[L2]與電感[L1]相耦合，另一個繞組[L3]與變壓器相耦合，變壓器的副邊輸出接負載。
2．按權利要求1所述的單級單開關功率因數校正變換器，其特征是與電感[L1]相耦合的繞組[L2]用一個電感代替。
專利摘要本實用新型的單級單開關功率因數校正變換器包括整流橋、變壓器、開關管、由兩個繞組分別和二極管串聯(lián)而成的支路,該兩條支路并聯(lián)連接,其一端經電感與整流橋的正極相連,另一端與開關管漏極和變壓器原邊的接點相連,變壓器原邊的另一端經電容與開關管的源極一起接到整流橋的負極,兩個繞組中的其中一個繞組與電感相耦合,另一個繞組與變壓器相耦合,變壓器的副邊輸出接負載。它結構簡單、成本低、效率高、能保證輸入端具有較高的功率因數。
文檔編號H02J3/18GK2453604SQ0026292
公開日2001年10月10日 申請日期2000年11月24日 優(yōu)先權日2000年11月24日
發(fā)明者沈淼森, 錢照明 申請人:浙江大學