本發(fā)明屬于功率電源技術領域，尤其涉及單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路。

背景技術：

目前，采用返馳式轉換器的小功率電源，一般在交流電壓輸入后采用橋式整流子及直流電容濾波，以提供后端返馳式轉換器高壓的直流輸入電壓，此種電路架構的輸入電流將嚴重失真導致功率因子不佳。上述電路雖然在移除高壓直流電容并使返馳式轉換器采用高功因的控制方法，可以改善輸入電流波形以及功率因子，但輸出電壓卻含有較高的二次紋波電壓。此種單級高功因電路如圖1所示，在單位功因下的輸入電壓及電流波形如圖2所示，其輸入功率為：

pin＝2viniinsin²ωt＝viniin(1-cos2ωt)(1)

其中vin及iin為輸入電壓及輸入電流的rms值。假設輸出電壓經(jīng)過調(diào)整為定值vd，基于功率平衡，輸出功率等于輸入功率，因此輸出功率pd＝pin，輸出電流可以求得為：

公式(2)中id的直流成份io為提供負載電流，二次電流成份ic2則對輸出電容作充放電形成二次側的無功，其將造成輸出電壓具有二次紋波。此電壓二次紋波的大小為：

由于ω為頻點很低的市電頻率，由公式(3)可以看出若要有較低的二次紋波輸出電壓需要使用非常大的輸出電容，顯然實際當中很難做到。因此，現(xiàn)有技術中存在二次紋波輸出電壓過高導致使用較大的輸出電容的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供的單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路，解決現(xiàn)有技術中存在二次紋波輸出電壓過高導致使用較大的輸出電容的問題。

本發(fā)明第一方面提供一種單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路，所述單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路包括交流輸入電源、濾波模塊、整流模塊、二次無功吸收模塊、開關模塊以及轉換模塊，所述二次無功吸收模塊包括第一單向導通器件、第二單向導通器件、第一儲能器件以及二次無功吸收器件；

所述交流輸入電源、所述濾波模塊以及所述整流模塊依次相連，所述整流模塊的第一輸出端連接所述第一單向導通器件的輸出端和所述第一儲能器件的第一端，所述第一儲能器件的第二端連接所述二次無功吸收器件的第一端和所述轉換模塊的第一輸入端，所述第一單向導通器件的輸入端連接所述第二單向導通器件的輸出端和所述二次無功吸收器件的第二端，所述第二單向導通器件的輸入端連接所述開關模塊的輸出端和所述整流模塊的第二輸出端，所述開關模塊的輸入端連接所述轉換模塊的第二輸入端，所述轉換模塊的輸出端連接負載；

所述整流模塊的輸出電壓高于所述二次無功吸收器件的電壓時，當所述開關模塊處于導通時，所述二次無功吸收器件向所述第一儲能器件和所述轉換模塊進行放電，使所述第一儲能器件和所述轉換模塊進行儲能，當所述開關模塊處于關斷時，所述第一儲能器件向所述二次無功吸收器件進行釋能，所述轉換模塊向所述負載進行釋能；

所述整流模塊的輸出電壓不高于所述二次無功吸收器件的電壓時，當所述開關模塊處于導通時，所述二次無功吸收器件向所述轉換模塊進行放電，使所述轉換模塊進行儲能，當所述開關模塊處于關斷時，所述轉換模塊向所述負載進行釋能。

本發(fā)明提供單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路，在二次無功吸收模塊中設置二次無功吸收器件，用于吸收電路中的二次無功，實現(xiàn)二次無功吸收模塊中的電流與轉換模塊的輸出電流幾乎相同，進而減少了二次電流成分，即不需要將輸出電容設置過大，僅用以衰減高頻波紋電流及提供負載瞬間變化時的儲能即可。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現(xiàn)有技術提供的單極高功因電路的結構示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術提供的高功因電路的的電壓及電流波形圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路的結構示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路的電路圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路中輸入電壓(vin)高于二次無功吸收器件的電壓(vd)時的電流波形；

圖6是圖5中t0至t1時間段的電流流向示意圖；

圖7是圖5中t1至t2時間段的電流流向示意圖；

圖8是圖5中t2至t3時間段的電流流向示意圖；

圖9是圖5中t3至t4時間段的電流流向示意圖；

圖10是本發(fā)明實施例提供的單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路中輸入電壓(vin)低于二次無功吸收器件的電壓(vd)時的電流波形；

圖11是圖10中t0至t1時間段的電流流向示意圖；

圖12是圖10中t1至t2時間段的電流流向示意圖；

圖13是圖10中t2至t3時間段的電流流向示意圖；

圖14是本發(fā)明實施例提供的單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路的仿真電路的電路圖；

圖15是圖14提供的仿真電路的仿真結果波形圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。為了說明本發(fā)明的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。

本發(fā)明實施例一提供一種單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路，如圖3所示，單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路包括交流輸入電源101、濾波模塊102、整流模塊103、二次無功吸收模塊104、開關模塊106以及轉換模塊105，二次無功吸收模塊104包括第一單向導通器件111、第二單向導通器件113、第一儲能器件110以及二次無功吸收器件112；

交流輸入電源101、濾波模塊102以及整流模塊103依次相連，整流模塊103的第一輸出端連接第一單向導通器件111的輸出端和第一儲能器件110的第一端，第一儲能器件110的第二端連接二次無功吸收器件112的第一端和轉換模塊105的第一輸入端，第一單向導通器件111的輸入端連接第二單向導通器件113的輸出端和二次無功吸收器件112的第二端，第二單向導通器件113的輸入端連接開關模塊106的輸出端和整流模塊103的第二輸出端，開關模塊106的輸入端連接轉換模塊105的第二輸入端，轉換模塊105的輸出端連接負載；

整流模塊103的輸出電壓高于二次無功吸收器件112的電壓時，當開關模塊106處于導通時，二次無功吸收器件112向第一儲能器件110和轉換模塊105進行放電，使第一儲能器件110和轉換模塊105進行儲能，當開關模塊106處于關斷時，第一儲能器件110向二次無功吸收器件112進行釋能，轉換模塊105向負載進行釋能；

整流模塊103的輸出電壓不高于二次無功吸收器件112的電壓時，當開關模塊106處于導通時，二次無功吸收器件112向轉換模塊105進行放電，使轉換模塊105進行儲能，當開關模塊106處于關斷時，轉換模塊105向負載進行釋能。

在本發(fā)明實施例中，濾波模塊102用于對交流輸入電源101進行濾波，濾波模塊102可以為emi濾波器。

在本發(fā)明實施例中，整流模塊103用于對輸入的交流電源進行整流，整流模塊103可以為二極管。

在本發(fā)明實施例中，第一單向導通器件111和第二單向導通器件113用于實現(xiàn)單向導通，優(yōu)選的，第一單向導通器件111和第二單向導通器件113為二極管，第一儲能器件110用于儲能和釋能，第一儲能器件110可以為電感。

在本發(fā)明實施例中，二次無功吸收器件112用于吸收電路中的二次無功，實現(xiàn)二次無功吸收模塊104中的電流與轉換模塊105的輸出電流幾乎相同，優(yōu)選的，二次無功吸收器件112為電容。

基于本發(fā)明實施例，在二次無功吸收模塊104中設置二次無功吸收器件112，用于吸收電路中的二次無功，實現(xiàn)二次無功吸收模塊104中的電流與轉換模塊105的輸出電流幾乎相同，進而減少了二次電流成分，即不需要將輸出電容設置過大，僅用以衰減高頻波紋電流及提供負載瞬間變化時的儲能即可。

作為本發(fā)明實施例的一種實施方式，對于轉換模塊105，具體的，如圖4所示，轉換模塊105包括變壓器tr、第三單向導通器件以及第二儲能器件；

變壓器tr的同相輸入端為轉換模塊105的第一輸入端，變壓器tr的反相輸入端為轉換模塊105的第二輸入端，變壓器tr的反相輸出端連接第三單向導通器件的輸入端，第三單向導通器件的輸出端連接第二儲能器件的第一端，第二儲能器件的第二端連接變壓器tr的同相輸出端；

整流模塊103的輸出電壓高于二次無功吸收器件112的電壓時，當開關模塊106處于導通時，二次無功吸收器件112向第一儲能器件110和變壓器tr的初級繞組進行放電，使第一儲能器件110和變壓器tr的初級繞組進行儲能，當開關模塊106處于關斷時，第一儲能器件110向二次無功吸收器件112進行釋能，變壓器tr的次級繞組向負載進行釋能；

整流模塊103的輸出電壓不高于二次無功吸收器件112的電壓時，當開關模塊106處于導通時，二次無功吸收器件112向變壓器tr的初級繞組進行放電，使變壓器tr的初級繞組進行儲能，當開關模塊106處于關斷時，變壓器tr的次級繞組向負載進行釋能。

對于二次無功吸收模塊104，具體的，二次無功吸收器件112為第一電容cd。

第一單向導通器件111為第一二極管d1，第一二極管d1的陽極為第一單向導通器件111的輸入端，第一二極管d1的陰極為第一單向導通器件111的輸出端；

第二單向導通器件113為第二二極管d2，第二二極管d2的陽極為第二單向導通器件113的輸入端，第二二極管d2的陰極為第二單向導通器件113的輸出端；

第一儲能器件110為第一電感l(wèi)1。

第三單向導通器件為第三二極管d0，第三二極管d0的陽極為第三單向導通器件的輸入端，第三二極管d0的陰極為第三單向導通器件的輸出端；

第二儲能器件為第二電容c0。

對于整流模塊103，具體的，整流模塊103為第四二極管，第四二極管的陰極為整流模塊103的第一輸出端，第四二極管的陽極為整流模塊103的第二輸出端。

對于濾波模塊102，具體的，濾波模塊102包括第二電感、第三電容和第四電容，第二電感的第一端與第三電容的第一端共接并構成濾波模塊102的第一輸入端，第三電容的第二端與第四電容的第一端共接并構成濾波模塊102的第二輸入端和第二輸出端，第二電感的第二端與第四電容的第二端共接并濾波模塊102的第一輸出端。

基于上述具體的單級高功因低紋波電壓輸出轉換器電路，交流輸入電壓連接至emi濾波器，接著經(jīng)過二極管整流子整流，再接上一個二次無功吸收電路，最后再連接至返馳式轉換器，提供負載電壓，二次無功吸收電路包含一個儲能電感l(wèi)1，一個二次無功吸收電容cd，以及二個二極管d1及d2。返馳式轉換器的變壓器tr匝數(shù)比為n1:n2，變壓器自感量為lm，二次側整流二極管為do，輸出電容為co與負載r并聯(lián)。開關采用定頻切換，一開關切換周期時間為ts。

當整流后的輸入電壓vin高于無功吸收電容電壓vd時，二極管整流子將會導通，工作波形如圖5所示，在一個切換周期下的工作模式如圖6至圖9所示，包括：(1)在t0～t1期間，開關模塊q導通，vin-l1-cd-d2形成一輸入電壓降壓導通路徑，第一電感l(wèi)1在此期間進行儲能，而cd-tr-q-d2則形成一返馳式轉換器變壓器激磁路徑使變壓器上的自感l(wèi)m儲能，此期間電感l(wèi)1的電流id與開關的電流iq線性上升，id2流經(jīng)二次無功吸收電容cd使其放電，id2電流為iq與id的差值。(2)在t1～t2期間，開關模塊q截止，l1-cd-d1形成一導通路徑使第一電感l(wèi)1的儲能釋放給二次無功吸收電容cd，而tr-do-r則形成一返馳式轉換器變壓器去磁路徑使變壓器上的自感l(wèi)m釋能給負載，此期間第一電感l(wèi)1的電流id與第三二極管do的電流ido線性下降，id1電流等于id。(3)在t2～t3期間，id電流下降至零后所有一次側組件的導通均停止，而二次側返馳式轉換器變壓器上的自感l(wèi)m持續(xù)釋能給負載r，第三二極管do的電流ido持續(xù)線性下降至t3時下降至零。(4)在t3～t4期間，所有一次側組件與二次側組件的導通均停止，負載r所需能量由輸出電容co提供，至t4時結束一個周期，開關再轉為導通進入下一周期。

當整流后的輸入電壓vin低于無功吸收電容電壓vd時，二極管整流子不會導通，在此期間返馳式轉換器的能量完全來自于二次無功吸收電容cd，工作波形如圖10所示，在一個切換周期下的工作模式如圖11至圖13所示，包括：(1)在t0～t1期間，開關模塊q導通，cd-tr-q-d2則形成一返馳式轉換器變壓器激磁路徑使變壓器上的自感l(wèi)m儲能，此期間開關模塊的電流iq線性上升，id2流經(jīng)二次無功吸收電容cd使其放電。(2)在t1～t2期間，開關模塊q截止，tr-do-r形成一返馳式轉換器變壓器去磁路徑使自感l(wèi)m釋能給負載，第三二極管do的電流ido線性下降，至t2時下降至零。(4)在t2～t3期間，所有組件的導通均停止，負載所需能量由輸出電容co提供，至t3時結束一個周期，開關再轉為導通進入下一周期。

圖14所示為本發(fā)明的具體仿真實施例，其交流輸入電壓vs＝220vrms，輸出電壓vo＝5v，輸出功率為20w，電感l(wèi)1＝200h，二次無功吸收電容cd＝33f，變壓器自感l(wèi)m＝120h，變壓器的匝數(shù)比5:1，輸出電容co＝100f，電路采用峰值電流模式控制，切換頻率設定為100khz，仿真結果如圖15所示。其顯示輸入電流is在vin高于無功吸收電容電壓vd時，二極管整流子導通使is波形接近正弦，功率因子(pf)為極高的0.952。二次無功確實儲存于cd上使vd電壓平均值為120v且具有嚴重的二次紋波，但也正因為其完全吸收此二次無功，輸出電壓vo為紋波極低的直流，且此紋波為高頻，不存在二次低頻紋波，以上均驗證所提出發(fā)明雖為單級電路，但確實能同時達到高功因與低紋波電壓輸出的功能。

以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。