一種單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器，包括交流輸入電源，第一電感，第一二極管，第二二極管，第一開關(guān)管，第二開關(guān)管，第三二極管，第二電感，第一電容，第二電容，第四二極管，輸出電容；交流輸入電源分別與第一電感、第一開關(guān)管源極、第二開關(guān)管漏極連接；第一電感分別接第一二極管陽極和第二二極管陰極；第一二極管陰極分別接第一開關(guān)管漏極、第一電容和第三二極管陽極；第一電容分別接第四二極管陽極和第二電感；第二電感分別接第三二極管陰極和第二電容；第四二極管陰極分別接輸出電容和負(fù)載，負(fù)載分別接第二二極管陽極、第二開關(guān)管源極、第二電容、輸出電容。本實用新型具有功率因數(shù)校正功能及較高的穩(wěn)態(tài)增益。
【專利說明】一種單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及單相功率因數(shù)校正的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]業(yè)內(nèi)習(xí)知，開關(guān)電源變換器功率大于75W要求在接入電網(wǎng)前級加入功率因數(shù)校正變換器，從而減少諧波對電網(wǎng)的污染。應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)單相BOOST功率因數(shù)校正變換器是單相二極管整流橋與傳統(tǒng)BOOST電路組合，而二極管整流橋的導(dǎo)通壓降和開關(guān)管的硬開關(guān)降低了整機的效率，同時傳統(tǒng)單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的穩(wěn)態(tài)增益為I/(1-D) (D為占空比)，輸入電壓不變的前提下，輸出電壓范圍較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理可靠、性能優(yōu)越的單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術(shù)方案為:一種單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器，包括有交流輸入電源，第一電感，第一二極管，第二二極管，第一開關(guān)管及其寄生二極管，第二開關(guān)管及其寄生二極管，第三二極管，第二電感，第一電容，第二電容，第四二極管，輸出電容；其中，所述交流輸入電源的一端接第一電感的一端，其另一端分別與第一開關(guān)管的源極和第二開關(guān)管的漏極連接；所述第一電感的另一端分別接第一二極管的陽極和第二二極管的陰極；所述第一二極管的陰極分別與第一開關(guān)管的漏極、第一電容的一端和第三二極管的陽極連接；所述第一電容的另一端分別與第四二極管的陽極和第二電感的一端連接；所述第二電感的另一端分別與第三二極管的陰極和第二電容的一端連接；所述第四二極管的陰極分別與輸出電容的一端和負(fù)載一端連接，負(fù)載的另一端分別與第二二極管的陽極、第二開關(guān)管的源極、第二電容的另一端、輸出電容的另一端連接。
[0005]所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的驅(qū)動信號一致。
[0006]所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管為具有逆導(dǎo)特性的功率開關(guān)管。
[0007]所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管為帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管。
[0008]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0009]1、利用開關(guān)管代替原有的整流橋中的兩個二極管，在每半個工頻周波中，只有一個二極管一直處于通態(tài)，提高了變換器的工作效率；
[0010]2、在每個工頻半周波中，有一個開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通和關(guān)斷，另外一個開關(guān)管在關(guān)斷時承受的電壓小于輸出電壓，這也提高了變換器的工作效率；
[0011]3、相比于傳統(tǒng)單相BOOST功率因數(shù)校正變換器，穩(wěn)態(tài)增益高，變換器需要較小的占空比即可輸出同樣的電壓，在同樣的輸入電壓下，本實用新型的輸出電壓范圍更大。
【專利附圖】

【附圖說明】[0012]圖1為本實用新型的電路原理圖。
[0013]圖2為交流輸入電壓正半周一個開關(guān)周期主要元件的電壓電流波形圖。
[0014]圖3a為交流輸入電壓正半周一個開關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖之一。
[0015]圖3b為交流輸入電壓正半周一個開關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖之二。
[0016]圖4為交流輸入電壓負(fù)半周一個開關(guān)周期主要元件的電壓電流波形圖。
[0017]圖5a為交流輸入電壓負(fù)半周一個開關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖之一。
[0018]圖5b為交流輸入電壓負(fù)半周一個開關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖之二。
[0019]圖6為本實用新型的單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器與傳統(tǒng)單相BOOST功率因數(shù)校正變換器的穩(wěn)態(tài)增益對比圖。
[0020]圖7為第一電感的電流Iu仿真波形。
[0021]圖8為輸出電壓V。和第一開關(guān)管的漏源極電壓Vsi仿真波形對比圖。
[0022]圖9為第一電感的電流Iu和輸入電壓Vin仿真波形圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0024]如圖1所示，本實施例所述的單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器，包括有交流輸入電源AC,第一電感L1,第一二極管D1,第二二極管D2,第一開關(guān)管S1及其寄生二極管Dsi,第二開關(guān)管S2及其寄生二極管Ds2，第三二極管D3，第二電感L2，第一電容C1，第二電容C2，第四二極管D4,輸出電容Crat ;其中,所述交流輸入電源AC的一端接第一電感L1的一端,其另一端分別與第一開關(guān)管S1的源極和第二開關(guān)管S2的漏極連接；所述第一電感L1的另一端分別接第一二極管D1的陽極和第二二極管D2的陰極；所述第一二極管D1的陰極分別與第一開關(guān)管S1的漏極、第一電容C1的一端和第三二極管D3的陽極連接；所述第一電容C1的另一端分別與第四二極管D4的陽極和第二電感L2的一端連接；所述第二電感L2的另一端分別與第三二極管D3的陰極和第二電容C2的一端連接；所述第四二極管D4的陰極分別與輸出電容Crat的一端和負(fù)載一端連接,負(fù)載的另一端分別與第二二極管D2的陽極、第二開關(guān)管S2的源極、第二電容C2的另一端、輸出電容Crat的另一端連接。所述第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2的驅(qū)動信號一致；該第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2可以是具有逆導(dǎo)特性的功率開關(guān)管，或帶有反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管。
[0025]在本實施例中，本實用新型所述的單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器的具體情況如下:
[0026]I)、交流輸入電源的正半周，即交流輸入電壓Vin左正右負(fù)
[0027]在正半周內(nèi)，第一二極管D1承受正向電壓，一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，第二二極管D2承受反向電壓，一直處于關(guān)斷狀態(tài)。在正半周中的一個開關(guān)周期中第一電感L1的電流Iu和第二電感L2的電流Ilj2、輸出電壓V。、第一開關(guān)管S1的漏源極電壓Vs1、第一電容C1的電壓Va和第二電容C2的電壓Ve2波形圖如圖2所示。
[0028]a、在階段h?h，此階段的模態(tài)圖如圖3a所示，在h時刻，驅(qū)動信號Vgl，g2從低電平變?yōu)楦唠娖剑谝婚_關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一開關(guān)管S1的寄生二極管Dsi和第二開關(guān)管S2的寄生二極管Ds2承受反向電壓，處于關(guān)斷狀態(tài)。交流輸入電壓Vin通過第一開關(guān)管S1和第一二極管D1給第一電感L1充電。第二電容C2通過第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2給第二電感L2和第一電容C1充電。第四二極管D4承受反向電壓，處于關(guān)斷狀態(tài)。輸出電容Crat給負(fù)載供電,維持輸出電壓V。恒定。
[0029]b、在階段&~t2，此階段的模態(tài)圖如圖3b所示，在&時刻，驅(qū)動信號Vgl，g2從高電平變?yōu)榈碗娖?，第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2關(guān)斷，交流輸入電壓Vin和第一電感L1通過第三二極管D3和第二開關(guān)管S2的寄生二極管Ds2給第二電容C2充電，第一開關(guān)管S1的漏源極電壓等于第二電容C2電壓，且小于輸出電壓V。，而第二開關(guān)管S2則實現(xiàn)零電壓開通和關(guān)斷。交流輸入電壓Vin、第一電感L1、第一電容C1和第二電感L2 —起通過第四二極管D4給輸出電容Crat和負(fù)載供電。第一開關(guān)管S1的寄生二極管Dsi承受反向電壓，處于關(guān)斷狀態(tài)。
[0030]2)、交流輸入電源的負(fù)半周，即交流輸入電壓Vin左負(fù)右正
[0031 ] 在負(fù)半周內(nèi)，第一二極管D1承受反向電壓，一直處于關(guān)斷狀態(tài)，第二二極管D2承受正向電壓，一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。此階段的一個開關(guān)周期中第一電感L1的電流Iu和第二電感L2的電流Ilj2、輸出電壓V。、第一開關(guān)管S1的漏源極電壓Vs1、第一電容C1的電壓Va和第二電容C2的電壓Ve2波形圖如圖4所示。
[0032]a、在階段h~h，此階段的模態(tài)圖如圖5a所示，在h時刻，驅(qū)動信號Vgl，g2從低電平變?yōu)楦唠娖?，第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一開關(guān)管S1的寄生二極管Dsi和第二開關(guān)管S2的寄生二極管Ds2承受反向電壓，處于關(guān)斷狀態(tài)。交流輸入電壓Vin通過第二開關(guān)管S2和第二二極管D2給第一電感L1充電,充電方向與正半周時充電方向相反。第二電容C2通過第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2給第二電感L2和第一電容C1充電。第四二極管D4承受反向電壓，處于關(guān)斷狀態(tài)。輸出電容Ctjut給負(fù)載供電,維持輸出電壓V。恒定。
[0033]b、在階段h~t2，此階段的模態(tài)圖如圖5b所示，在h時刻，驅(qū)動信號Vgl，g2從高電平變?yōu)榈碗娖?，第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2關(guān)斷，交流輸入電壓Vin和第一電感L1通過第三二極管D3、第一開關(guān)管S1的寄生二極管Dsi和第二二極管D2給第二電容C2充電，第一開關(guān)管S1實現(xiàn)零電壓開通和關(guān)斷，第二開關(guān)管S2的漏源極電壓等于第二電容C2的電壓，且小于輸出電壓V。。交流輸入電壓Vin、第一電感L1、第一電容C1和第二電感L2 —起通過第四二極管D4給輸出電容Cwt和負(fù)載供電。第二開關(guān)管S2的寄生二極管Ds2承受反向電壓，處于關(guān)斷狀態(tài)。
[0034]3)、穩(wěn)態(tài)增益
[0035]以交流輸入電壓的正半周為例分析一種高增益無橋變換器的穩(wěn)態(tài)增益。第一電感L1的電壓一個開關(guān)周期平均值為零，因此得到式(I )，由式(I)得到輸入電壓Vin⑴與第
二電容C2的電壓&關(guān)系式(2)。
【權(quán)利要求】
1.一種單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器，其特征在于:包括有交流輸入電源(AC)，第一電感(1^)，第一二極管(D1),第二二極管(D2)，第一開關(guān)管(S1)及其寄生二極管(DS1)，第二開關(guān)管(S2)及其寄生二極管(DS2)，第三二極管(D3)，第二電感(L2),第一電容(C1),第二電容(C2),第四二極管(D4)，輸出電容(Crat);其中，所述交流輸入電源(AC)的一端接第一電感(L1)的一端，其另一端分別與第一開關(guān)管(S1)的源極和第二開關(guān)管(S2)的漏極連接；所述第一電感(L1)的另一端分別接第一二極管(D1)的陽極和第二二極管(D2)的陰極；所述第一二極管(D1)的陰極分別與第一開關(guān)管(S1)的漏極、第一電容(C1)的一端和第三二極管(D3)的陽極連接；所述第一電容(C1)的另一端分別與第四二極管(D4)的陽極和第二電感(L2)的一端連接；所述第二電感(L2)的另一端分別與第三二極管(D3)的陰極和第二電容(C2)的一端連接；所述第四二極管(D4)的陰極分別與輸出電容(Cwt)的一端和負(fù)載一端連接，負(fù)載的另一端分別與第二二極管(D2)的陽極、第二開關(guān)管(S2)的源極、第二電容(C2)的另一端、輸出電容(Ctjut)的另一端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器，其特征在于:所述第一開關(guān)管(S1)和第二開關(guān)管(S2)的驅(qū)動信號一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器，其特征在于:所述第一開關(guān)管(S1)和第二開關(guān)管(S2)為具有逆導(dǎo)特性的功率開關(guān)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相高增益無橋功率因數(shù)校正變換器，其特征在于:所述第一開關(guān)管(S1)和第二開關(guān)管(S2)為帶反`并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管。
【文檔編號】H02M1/42GK203590015SQ201320678532
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】丘東元, 周麗萍, 張波, 肖文勛 申請人:華南理工大學(xué)