專利名稱：一種ac/dc變換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及交流/直流(AC/DC ， Alternating Current/Direct Current)電
壓變換技術，特別涉及一種AC/DC變換器。
背景技術：
AC/DC電壓變換電路是將交流電壓變換為直流電壓的電路，廣泛應用 于直流穩(wěn)壓電源、直流電動機、工業(yè)焊接以及通信等領域。通過對交流電壓 進行濾波整流、穩(wěn)壓、電壓變換、輸出濾波整流以及穩(wěn)壓，輸出穩(wěn)定的直流 電壓，滿足生產(chǎn)、生活中對各種直流穩(wěn)壓電壓的需求。
圖1為現(xiàn)有AC/DC變換器的結(jié)構(gòu)示意圖，參見圖1，該AC/DC變換器 包括！命入電壓電》茲干護G (EMI， Electro Magnetic Interference )濾波電^各、 功率因數(shù)校正(PFC ， Power Factor Correct)電路、DC/DC變換電路以及輸 出電壓濾波電路，其中，輸入電壓EMI濾波電路、PFC電路和DC/DC變換 電路為輸入電壓初級側(cè)電路，輸出電壓濾波電路為次級側(cè)電路，
輸入電壓EMI濾波電^各，用于對輸入的交流電壓進行整流濾波，例如， 進行全橋、兀型等整流濾波，以濾除交流電壓包含的諧波和通過電網(wǎng)傳輸?shù)?諧波后輸出至PFC電路；
PFC電路，用于對輸入電壓EMI濾波電路輸出的電壓進行功率因數(shù)校 正并穩(wěn)壓到預設值，用以提高變換器的功率因數(shù)，滿足國際有關技術標準關 于諧波的技術要求，減小對電網(wǎng)的諧波污染，從而也提高變換器的工作效率；
DC/DC變換電路，用于對PFC電路輸出的穩(wěn)壓電壓進行直流電壓變換， 將PFC電路穩(wěn)壓到預設值的電壓變換為相應負載所需要的直流穩(wěn)壓電壓；
輸出電壓濾波電路，用于對DC/DC變換電路輸出的電壓進行濾波，以進一步提高輸出的負載所需要的直流穩(wěn)壓電壓的穩(wěn)定性。
現(xiàn)有的PFC電路，由于PFC技術的迅速發(fā)展以及推廣應用，其電路拓
樸結(jié)構(gòu)形式多種多樣，都具有很好的輸入和輸出特性，以下以實際應用中較 常見的 一種電路為例進行具體說明。
圖2為現(xiàn)有一種常見的PFC電路結(jié)構(gòu)示意圖，參見圖2，該PFC電^各 包括二極管D1-D7、電感L1、電阻R0、電容C1以及開關管Q,其中，
二極管Dl ~ D4用于組成整流電路，對輸入的交流電壓AQn進行整流， D5 D7、電感L1、電阻R0、電容C1以及開關管Ql用于對整流后的ACin 進行功率因數(shù)調(diào)節(jié)，以提高輸出的直流電壓DC。ut的功率因數(shù)，這樣，可以 提高變換器的效率，同時，對整流后的ACin進行穩(wěn)壓以及濾除諧波，使輸 出的直流電壓DC。ut滿足有關技術標準。下面描述中，將PFC電路輸出的直 流電壓DC。ut稱為PFC母線電壓。
圖2所示PFC電^各的工作原理為交流電經(jīng)整流橋整流后，經(jīng)過一個 儲能電感和隔離二極管輸出穩(wěn)定的直流電壓，儲能電感與隔離二極管的連接 點通過一個互補金屬氧化物半導體(MOS, Metal Oxide Semiconductor)開 關管接地，MOS開關管柵極上的控制電壓為恒定電壓，這樣，使得MOS管 按照預定的時間點不斷地進行開通與關斷的切換，從而調(diào)節(jié)通過儲能電感的 電流，使電容通過充放電維持輸出直流電壓的穩(wěn)定，同時也消除了由于整流 濾波產(chǎn)生的諧波電流，補償、提高功率因數(shù)。
PFC電路的輸出與DC/DC變換電路相連接，DC/DC變換電路需要根據(jù) 各種負載對直流工作電壓的要求以輸出相應的直流電壓，因而，DC/DC變 換電路需要針對各種不同的負載，對電路的一些參數(shù)進行調(diào)整，以保證穩(wěn)定 且符合技術規(guī)范要求的輸出電壓。
現(xiàn)有DC/DC變換電路包括移相全橋零電壓開關變換器、脈寬調(diào)制 (PWM， Pulse Width Modulation)控制全橋變換器、對稱半橋變換器、半 橋三電平DC/DC變換器、級聯(lián)全橋三電平DC/DC變換器、全橋三電平 DC/DC變換器、移相全橋變換器以及各種降壓/升壓(BUCK/BOOST)類變換器等。下面以移相全橋變換器為例，詳細說明DC/DC變換電路的DC/DC 直流變換工作原理。
圖3為現(xiàn)有移相全橋變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖，參見圖3，該移相全橋變 換器電路包括初級側(cè)直流電壓調(diào)節(jié)電路以及次級側(cè)直流電壓輸出電路，其 中，
初級側(cè)直流電壓調(diào)節(jié)電路，包括超前橋臂、滯后橋臂以及原邊線圈，用 于根據(jù)負載工作電壓的要求調(diào)節(jié)超前橋臂、滯后橋臂通斷的時間，從而保持 通過原邊線圈變換的直流電壓的穩(wěn)定以及輸出相應的負載工作電壓，
超前橋臂，第 一端分別與PFC電路輸出的直流電壓DC。ut ( PFC母線電 壓，在圖3中，以Uin表示)的正極以及滯后橋臂的第一端相連，第二端分 別與Uin的負極以及滯后橋臂的第二端相連，第三端與原邊線圈一端相連， 第四端接收超前橋臂控制信號，
滯后橋臂，第三端與原邊線圈另一端相連，第四端接收滯后橋臂控制信
—弓—
超前橋臂控制信號超前滯后橋臂控制信號預先設定的相位，該預先設定
的相位與Uin、原副邊線圈匝數(shù)比以及負載所需的直流電壓大小有關，在Uin、 原副邊線圈匝數(shù)比以及負載的直流電壓確定后，該相位可通過預先設置的程 序自動計算獲取，調(diào)節(jié)控制信號相位的方法，具體可參見相關的技術文獻， 在此不再贅述。
超前橋臂包括MOS開關管Qll和Q21，
Qll,包括第一極、第二極以及控制極，在第一極和第二極之間，并聯(lián) 有二極管Dll和電容Cll，
Q21,包括第一極、第二極以及控制極，在第一極和第二極之間，并聯(lián) 有二極管D21和電容C21,
Qll的第一極分別與Uin的正極以及滯后橋臂的第一端相連，第二極分
別與Q21的第一極以及原邊線圈一端相連，控制極接收Qll控制信號，
Q21的第二極分別與Uin的負極以及滯后橋臂的第二端相連，控制極接
7收Q21控制信號，
Qll控制信號與Q21控制信號互補。 滯后橋臂包括MOS開關管Q31和Q41,
Q31,包括第一極、第二極以及控制極，在第一極和第二極之間，并聯(lián) 有二極管D31和電容C31,
Q41,包括第一極、第二極以及控制極，在第一極和第二極之間，并聯(lián) 有二極管D41和電容C41,
Q31的第 一極分別與Uin的正極以及Q11第 一極相連，第二極分別與 Q41的第一極以及原邊線圈另一端相連，控制極接收Q31控制信號，
Q41的第二極分別與Uin的負極以及Q21第二極相連，控制極接收Q41 控制信號，
Q31控制信號與Q41控制信號互補。
Qll、 Q21、 Q31以及Q41控制信號由PWM控制器(圖中未示出)輸 出，PWM控制器根據(jù)輸出負載的直流電壓要求，通過控制回路(圖中未示 出)按照預先設定的策略輸出控制信號，控制加在MOS開關管Q11-Q41 上控制極上的電壓，從而控制Q11-Q41的通斷時間(占空比)，調(diào)節(jié)輸出 至原邊線圈Nl兩端的電壓，使得輸出至負載的電壓穩(wěn)定在該負載所需的工 作電壓上。
次級側(cè)直流電壓輸出電路，用于將原邊線圈變換的直流電壓輸出，包括 副邊線圈N21和N22, 二極管Drl和Dr2， 二極管Drl和Dr2構(gòu)成中心抽頭 的整流電^各，通過輸出濾波電感L0連接到輸出濾波電容C0，其中，
N21和N22串聯(lián)，N21—端接Drl，作為輸出直流電壓的一極，另 一端 與N22—端相連，作為輸出直流電壓的另一極；
N22另一端接Dr2,作為輸出直流電壓的一極，Dr2的輸出與Drl的輸 出相連。
在圖3所示的電路結(jié)構(gòu)中，還繪出了輸出濾波電路，包括輸出濾波電感 L0和輸出濾波電容CO, 二極管Drl和Dr2的輸出通過L0連接到CO —端，C0與負載并聯(lián)，另一端與副邊線圈N21和N22的連接處相連。 圖3所示的移相全橋變換器工作原理如下
Qll ~Q41控制信號分別控制Qll-Q41的導通和關斷時間，Qll、 Q41 導通時，Qll、 Nl和Q41形成回路；Q21、 Q31導通時，Q31、 Nl和Q21 形成回路，在MOS開關管導通時，輸入的PFC母線電壓通過原邊線圏Nl 變換至副邊線圏，并經(jīng)輸出濾波電路整流濾波后輸出負載所需的穩(wěn)定電壓， 并使電感儲能；在MOS開關管關斷時，儲存在電感中的能量通過輸出二極 管釋放給負載，從而使負載得到連續(xù)而穩(wěn)定的輸出電壓，MOS開關管的導 通和關斷時間通過PWM控制器輸出的控制信號控制。當負載改變時，例如， 需要將該移相全橋變換器應用于另 一工作電壓較低的負載時，通過調(diào)節(jié) PWM控制器輸出的控制信號的移相角，即使得控制信號的占空比減小，控 制Qll ~Q41的導通時間減少，從而使得輸出至原邊線圈的電壓降低，調(diào)節(jié) 副邊的輸出電壓到該負載所需的工作電壓。
移相全橋變換器中，在MOS開關管通斷的過程中，需要一定的能量， 為了減少變換器的功率損耗， 一般采用零電壓開關，即MOS開關管工作在 零電壓點，以降低MOS開關管通斷的功率損耗，MOS開關管通斷所需的能 量主要為變壓器原邊的漏感以及副邊折算到原邊的漏感的儲能，在超前橋臂 工作期間，輸出濾波電感折算到原邊與原邊的漏感串聯(lián)，由于一般輸出濾波 電感較大，因而有足夠的儲能來實現(xiàn)超前橋臂的零電壓開關；但在滯后橋臂 工作期間，變換器處于整流二極管換流期間，兩個整流二極管同時導通將變 壓器副邊鉗位在零電位，輸出濾波電感就不能折算到原邊，這樣，給滯后橋 臂兩端電容充放電的能量只有原邊等效電感的儲能，由于該電感為變壓器漏 感，漏感很小，因而，沒有足夠能量實現(xiàn)滯后橋臂的零電壓開關。
為了實現(xiàn)滯后橋臂的零電壓開關，現(xiàn)有技術通過在變換器原邊串聯(lián)一個 諧振電感Lr來提高滯后橋臂實現(xiàn)零電壓開關時所需的能量。
由上述可見，針對不同負載所需的直流工作電壓，輸出直流電壓調(diào)整以 及負載響應主要通過DC/DC變換電路來實現(xiàn)，即通過調(diào)節(jié)DC/DC變換電路中MOS開關管控制信號的移相角(占空比)，改變MOS開關管的通斷時 間，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。如果負載所需的直流工作電壓較低，則MOS開關 管控制信號的占空比也將相應降低，由于變換器的損耗以及效率與MOS開 關管的工作頻率、占空比、磁芯的材料、設計的技術參數(shù)以及原副邊線圈繞 制工藝等相關，在變換器確定后，磁芯的材料、設計的技術參數(shù)以及原副邊 線圈繞制工藝也就確定了，因而，MOS開關管的工作頻率和占空比是影響 變換器的損耗以及效率的重要因素，當MOS開關管的工作頻率越高，MOS 開關管的損耗功率越大；占空比越小，導致原邊電流有效值增大，損耗相應 增大、效率降低。也就是說，通過改變DC/DC變換電路的占空比來調(diào)節(jié)輸 出電壓，如果占空比范圍較大，在占空比較小時，變換器效率明顯下降。
對于在原邊串聯(lián)了諧振電感的變換電路來說，由于串聯(lián)的諧振電感將使 得電流反向的時間加長，在電流反向的過程中，變換器次級的兩個整流二極 管都處于導通狀態(tài)，導致副邊電壓為零，使得變換電路的占空比范圍縮小， 這樣，使得變換電路輸出的直流電壓不能滿足不同負載的需要，同時，在占 空比較小時，變換器效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的一個主要目的在于提供一種AC/DC變換器，在保 證負載所需的直流工作電壓的同時，提高AC/DC變換器效率、降低損耗。
為達到上述目的，本發(fā)明提供了 一種AC/DC變換器，包括輸入電壓電 磁干擾EMI濾波電路、輸出電壓濾波電路，該AC/DC變換器還包括功率 因數(shù)校正PFC電路、DC/DC變換電路及脈寬調(diào)制PWM控制電路，其中，
PFC電路，用于對輸入電壓EMI濾波電路輸出的電壓進行功率因數(shù)校正， 輸出PFC母線電壓，根據(jù)PWM控制電路輸出的控制信號，將PFC母線電壓調(diào) 節(jié)到預設值；
DC/DC變換電^各，用于根據(jù)PWM控制電路輸出的控制信號，調(diào)節(jié)電路中 互補金屬氧化物半導體MOS開關管的占空比，再次對PFC電路輸出預設值的PFC母線電壓進行調(diào)節(jié)，并進行直流電壓變換，將輸入的預設值的PFC母線電 壓變換為相應負載所需要的直流穩(wěn)壓電壓；
PWM控制電路，用于根據(jù)輸出電壓濾波電路輸出的電壓，生成控制信號， 分別控制PFC電路和DC/DC變換電路對輸入的電壓進行調(diào)節(jié)。
所述PFC電路包括第一二極管 第七二極管、第一電感、第一電阻、第 一電容以及第一MOS開關管，其中，
第一二極管~第四二極管組成整流電路，用于對輸入的交流電壓進行整流；
第五二極管 第七二極管、第一電感、第一電阻、第一電容以及第一MOS 開關管，用于對整流后的交流電壓進行功率因數(shù)調(diào)節(jié)；同時，第一 MOS開關 管的柵極接收PWM控制電路輸出的控制信號，調(diào)節(jié)自身的占空比，對整流后 的交流電壓進行調(diào)整，輸出預設值的PFC母線電壓。
所述DC/DC變換電路包括移相全橋變換器、PWM控制全橋變換器、對 稱半橋變換器、半橋三電平DC/DC變換器、級聯(lián)全橋三電平DC/DC變換器、 全橋三電平DC/DC變換器以及降壓/升壓變換器。
所述移相全橋變換器包括超前橋臂、滯后橋臂、原邊線圈以及次級側(cè)直 流電壓輸出電路，其中，
超前橋臂，第一端分別與所述PFC電路輸出的PFC母線電壓的正極以及滯 后橋臂的第 一端相連，第二端分別與所述PFC母線電壓的負極以及滯后橋臂的 第二端相連，第三端與原邊線圈一端相連，第四端接收來自PWM控制電路的 超前橋臂控制信號；
滯后橋臂，第三端與原邊線圏另一端相連，第四端接收來自PWM控制電 路的滯后橋臂控制信號；
所述超前橋臂控制信號超前所述滯后橋臂控制信號預先設定的相位；
次級側(cè)直流電壓輸出電路，用于將原邊線圈變換的直流電壓輸出至輸出電 壓濾波電路。
所述超前橋臂包括第二MOS開關管和第三MOS開關管，
所述第二 MOS開關管的在第一極和第二極之間，并聯(lián)有第八二極管和第二電容，第一極分別與所述PFC母線電壓的正極以及滯后橋臂的第一端相連，第 二極分別與所述第三MOS開關管的第一極以及原邊線圏一端相連，控制極接 收來自PWM控制電路的第二MOS開關管控制信號；
所述第三MOS開關管的第 一極和第二極之間，并聯(lián)有第十二極管和第三電
極接收來自PWM控制電路的第三MOS開關管控制信號；
所述第二 MOS開關管控制信號與所述第三MOS開關管控制信號互補。
所述滯后橋臂包括第四MOS開關管和第五MOS開關管，
所述第四MOS開關管的第一極和第二極之間，并聯(lián)有第十一二極管和第四
電容，第 一極分別與所述PFC母線電壓的正極以及第二 MOS開關管第 一極相
連，第二極分別與第五MOS開關管的第一極以及原邊線圈另一端相連，控制
極接收來自PWM控制電路的第四MOS開關管控制信號，
所述第五MOS開關管的第一極和第二極之間，并聯(lián)有第十二二極管和第五
電容，第二極分別與所述PFC母線電壓的負極以及第三MOS開關管第二極相
連，控制極接收來自PWM控制電路的第五MOS開關管控制信號，
所述第四MOS開關管控制信號與所述第五MOS開關管控制信號互補。 所述PWM控制電路包括PFC控制電路和DC/DC控制電路，其中，所述
PFC控制電路為專用芯片，接收輸出電壓濾波電路的輸出，對FPC電路進行控
制；
所述DC/DC控制電路為數(shù)字化控制電路，接收輸出電壓濾波電路的輸出， 一路輸出控制DC/DC變換電路，另 一路輸出作為PFC控制電路的給定信號。
進一步包括PFC控制電路和DC/DC控制電路，其中，所述PFC控制電路 為專用芯片，接收PWM控制電路的一路輸出，對FPC電路進行控制；
所述DC/DC控制電路為數(shù)字化控制電路，接收PWM控制電路的另 一路輸 出，控制DC/DC變換電路。
進一步包括諧振電感，所述超前橋臂第三端通過所述諧振電感與原邊線 圈一端相連。
12由上述的技術方案可見，本發(fā)明提供的AC/DC變換器，通過確定負載所
需的工作電壓低于預先設定的值，對輸入的交流電壓進行整流濾波，校正整
流濾波后的交流電壓功率因數(shù)，形成功率因數(shù)沖交正PFC母線電壓，同時調(diào) 節(jié)PFC母線電壓、以及DC/DC變換電路中，對PFC母線電壓進行DC/DC 變換的互補金屬氧化物半導體MOS開關管的占空比進行調(diào)節(jié)，對DC/DC 變換電路輸出的電壓進行整流濾波，向負載輸出。使得輸出直流電壓調(diào)整通 過PFC電路以及DC/DC變換電路兩級來實現(xiàn)，首先適當降低PFC電路輸出 的PFC母線電壓，從而使得負載工作電壓較低時，DC/DC變換電路中的MOS 開關管可以工作在效率較高的占空比上，在保證負載所需的直流工作電壓的 同時，提高了 AC/DC變換器在輸出低電壓時的效率、降低了損耗。


圖1為現(xiàn)有AC/DC變換器的結(jié)構(gòu)示意圖2為現(xiàn)有一種常見的PFC電路結(jié)構(gòu)示意圖3為現(xiàn)有移相全橋變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明控制AC/DC變換的方法流程示意圖5為本發(fā)明AC/DC變換器結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明AC/DC變換器另一結(jié)構(gòu)示意圖7為本發(fā)明AC/DC變換器第三結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明AC/DC變換器具體電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體 實施例對本發(fā)明作進一 步地詳細描述。
本發(fā)明提供的AC/DC變換器，通過對輸入的PFC母線電壓以及MOS 開關管占空比調(diào)節(jié)相結(jié)合的方法，在負載所需直流電壓較低時，使輸入的 PFC母線電壓降低，從而可以使MOS開關管的占空比適當提高，這樣，既保證了負載所需的直流工作電壓，也提高了 AC/DC變換器效率、降低了損耗。
理論上來說，通過調(diào)節(jié)控制信號的移相角(占空比)來調(diào)節(jié)MOS開關 管通斷時間，當占空比達到理論上的0.5時，變換器的功率損耗以及效率達 到最佳值，實際應用中，由于在滿足變換器設計的變壓器匝數(shù)比選擇上等方 面存在一些誤差，實際的占空比都在0.5以下。本發(fā)明實施例中，通過對輸 入的PFC母線電壓進行調(diào)節(jié)，提高MOS開關管工作的占空比，從而提高變 換器效率、降低變換器損耗。
圖4為本發(fā)明控制AC/DC變換的方法流程示意圖，參見圖4,該流程 包括
步驟401,對輸入的交流電壓進行整流濾波；
本步驟中，對輸入的交流電壓進行整流濾波，例如，全橋、7T型等整流
濾波，以濾除交流電壓包含的諧波和通過電網(wǎng)傳輸?shù)闹C波。
步驟402，校正整流濾波后的交流電壓功率因數(shù)，形成PFC母線電壓， 根據(jù)負載所需的工作電壓同時調(diào)節(jié)PFC母線電壓、以及調(diào)節(jié)對PFC母線電 壓進行DC/DC變換的MOS開關管的占空比；
本步驟中，對整流濾波后的交流電壓進行PFC處理，用以提高變換器 的功率因數(shù)，滿足國際有關技術標準關于諧波的技術要求，減小對電網(wǎng)的諧 波污染，從而也提高變換器效率，然后，對形成的PFC母線電壓進行兩級 降壓變換，即當負載所需的工作電壓低于預先設定的值時，首先根據(jù)負載所 需的工作電壓降低PFC母線電壓，、接下來再在DC/DC變換中，調(diào)節(jié)MOS 開關管的占空比，將經(jīng)過DC/DC變換輸出的電壓調(diào)節(jié)到負載的工作電壓。
實際應用中，降低PFC母線電壓可以釆用改變電路中MOS開關管的占 空比來實現(xiàn)，PWM控制器根據(jù)輸入的負載工作電壓，如果確定需要進行兩 級電壓調(diào)節(jié)時，例如，如果負載工作電壓降低到預先設定值以下，表明通過 單獨調(diào)節(jié)DC/DC變換電路中MOS開關管的占空比(該占空比值小)將引起 較大的功率損耗以及較低的效率，則根據(jù)負載工作電壓，按照預先設定的策
14略確定兩級電壓調(diào)節(jié)中MOS開關管的占空比，通過兩級調(diào)節(jié)，使得電路綜 合的占空比增大，避免進行一級電壓調(diào)節(jié)時占空比過小引起的功耗增大以及 效率降低。
舉例來說，對于通信電源，由于對EMC和功率因數(shù)指標的要求越來越 高，而AC/DC變換器單相輸出電壓范圍一般為90VDC 264VDC, DC/DC 變換器用于在全輸入電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)全范圍輸出電壓的要求。本實施例中， 依據(jù)工程經(jīng)驗，可以將PFC母線電壓穩(wěn)定在420VDC,在要求輸出電壓為低 電壓，例如，48VDC,以及通信電源模塊最低輸出電壓為42VDC的情況下， 根據(jù)輸入電壓范圍、輸出電壓范圍、變壓器匝數(shù)比、變換電路的功率曲線等 因素的考慮，可以在第一級變換中，將PFC母線電壓降為380VDC。這樣， 避免了單純依靠增大DC/DC變換器中MOS開關管控制信號之間的移相角導 致的占空比減小，使得變換器原邊電流有效值增大，從而導致?lián)p耗增加，變 換器效率降低，通過將輸入DC/DC變換器的PFC母線電壓進行微降，從而 可以減小控制信號之間的移相角，提高變換器的占空比，使得原邊電流有效 值減小，在輸出低電壓時仍能保持較高的效率以及較低的損耗。
實際應用中，可以通過輸出電壓或輸出電流來同時調(diào)節(jié)PFC母線電壓 以及MOS開關管的占空比，使得變換器MOS開關管占空比盡可能工作在 最大占空比附近來提高變換器效率。調(diào)節(jié)PFC母線電壓包括調(diào)節(jié)PFC母線 基準電壓、以及調(diào)節(jié)PFC母線電壓的反饋值，可以通過數(shù)字、模擬以及數(shù) 字模擬同時對PFC母線電壓進行調(diào)節(jié)。關于對PFC母線電壓進行調(diào)節(jié)的較 佳效率點的范圍，與實際技術指標要求相關，需要多次測試后確定。例如， 如果較佳效率點的范圍較寬，將會導致PFC母線電壓范圍寬，這樣，如果 PFC母線電壓過低，可能導致在輸入電壓高到 一定值時整流二極管整流后的 電壓高于PFC母線電壓值，使得整流橋整流后的電壓直接給PFC母線電容 充電，導致變換電路的功率因數(shù)惡化。
本實施例中，為了進一步減少MOS開關管的損耗功率，還可以對MOS 開關管的工作頻率進行調(diào)節(jié)，例如，通過輸出電壓或輸出電流同時調(diào)節(jié)MOS開關管工作頻率、MOS開關管占空比和PFC母線電壓，使得MOS開關管
工作頻率工作在效率最高的頻段內(nèi)，使MOS開關管工作頻率穩(wěn)定在變換器 效率最高點附近，以此來拓寬變換器效率最高點的范圍，同時使得變換器 MOS開關管占空比盡可能工作在最大占空比附近，以提高變換器效率，減 少變換器損耗，優(yōu)化變換器的熱設計。
步驟403,對DC/DC變換輸出的電壓進行整流濾波，向負載輸出。
至此，該流程結(jié)束。
圖5為本發(fā)明AC/DC變換器結(jié)構(gòu)示意圖，參見圖5，該AC/DC變換器 包括輸入電壓EMI濾波電路、PFC電路、DC/DC變換電路、PWM控制 電3各以及輸出電壓濾波電^各，其中，
輸入電壓EMI濾波電路，用于對輸入的交流電壓進行整流濾波，以濾 除交流電壓包含的諧波和通過電網(wǎng)傳輸?shù)闹C波，并輸出至PFC電路；
PFC電路，用于對輸入電壓EMI濾波電路輸出的電壓進行功率因數(shù)校 正，形成PFC母線電壓，根據(jù)PWM控制電路輸出的控制信號，將PFC母 線電壓調(diào)節(jié)到預設值；
預設值可以根據(jù)工程經(jīng)驗以及AC/DC變換器的效率、功耗要求等確定。 例如，對于較高負載要求的高工作電壓，預設值可以為420VDC，對于較輕 負載要求的低工作電壓，預設值可以為380VDC。
DC/DC變換電路，用于對PFC電路輸出的PFC母線電壓，根據(jù)PWM 控制電路輸出的控制信號，通過電路中MOS開關管的通斷再次進行調(diào)節(jié)， 并進行直流電壓變換，將輸入的PFC母線電壓變換為相應負載所需要的直 流穩(wěn)、壓電壓；
輸出電壓濾波電路，用于對DC/DC變換電^各輸出的電壓進行濾波，以 進一步提高輸出的負載所需要的直流穩(wěn)壓電壓的穩(wěn)定性；
PWM控制電路，用于根據(jù)輸出電壓濾波電路輸出的電壓，生成控制信 號，分別控制PFC電路和DC/DC變換電路對輸入的電壓進行調(diào)節(jié)。
圖6為本發(fā)明AC/DC變換器另一結(jié)構(gòu)示意圖，參見圖6，與圖5不同的是，圖5中的PWM控制電路在圖6中為PFC控制電路和DC/DC控制電 路，其中，PFC控制電路采用專用芯片，接收輸出電壓濾波電路的輸出，對 FPC電路進行控制，DC/DC控制電路采用數(shù)字化控制電路，接收輸出電壓 濾波電路的輸出，控制DC/DC變換電路以及PFC控制電路，利用雙環(huán)控制 技術， 一路輸出直接控制DC/DC變換電路，另 一路作為PFC控制電路的給 定信號。
圖7為本發(fā)明AC/DC變換器第三結(jié)構(gòu)示意圖，參見圖7，與圖5不同 的是，還包括PFC控制電路和DC/DC控制電路，其中，PFC控制電路分別 與PFC電路和PWM控制電路相連，采用專用芯片，接收PWM控制電路輸 出，對FPC電路進行控制；DC/DC控制電路分別與DC/DC變換電路和PWM 控制電路相連，采用數(shù)字化控制電路控制DC/DC變換電路；PWM控制電路 利用雙環(huán)控制技術， 一路輸出作為DC/DC控制電路的給定信號，另一路輸 出作為PFC控制電路的給定信號。
圖8為本發(fā)明AC/DC變換器具體電路結(jié)構(gòu)示意圖，參見圖8，該AC/DC 變換器包括PFC電路、DC/DC變換電路超前橋臂、滯后橋臂、原邊線圈、 次級側(cè)直流電壓輸出電路以及輸出電壓濾波電路，其中，PFC電路與圖2所 示的PFC電路結(jié)構(gòu)相類似，DC/DC變換電路超前橋臂、滯后橋臂、原邊線 圈、次級側(cè)直流電壓輸出電路以及輸出電壓濾波電路與圖3所示的移相全橋 變換器電路結(jié)構(gòu)相類似，在此不再贅述，不同的是，圖8所示AC/DC變換 器具體電路結(jié)構(gòu)中，MOS開關管控制極的控制信號，分別來自PWM控制 電路根據(jù)輸出電壓濾波電路輸出電壓生成的控制信號，用以調(diào)節(jié)PFC母線 電壓以及MOS開關管占空比，以提高變換器效率、降低功耗。
由上述實施例可見，本發(fā)明實施例的AC/DC變換器，通過對輸入的交 流電壓進4亍整流濾波，校正整流濾波后的交流電壓功率因數(shù)，形成PFC母 線電壓，根據(jù)負載所需的工作電壓同時調(diào)節(jié)PFC母線電壓、以及調(diào)節(jié)對PFC 母線電壓進行DC/DC變換的MOS開關管的占空比，然后對DC/DC變換輸 出的電壓進行整流濾波，向負載輸出。輸出直流電壓調(diào)整以及負載響應通過
17PFC電路以及DC/DC變換電路來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)PFC電路中MOS開關管的占 空比，適當降低PFC電路輸出的PFC母線電壓，從而使得負載工作電壓較 低時，DC/DC變換電路中的MOS開關管可以工作在效率較高的占空比上， 在保證負載所需的直流工作電壓的同時，提高了 AC/DC變換器在輸出低電 壓時的效率、又能滿足輸入功率因數(shù)指標的要求，降低損耗，有利于變換電 路功耗和效率設計的優(yōu)化，具有較強的工程實用價值。
以上舉較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、 改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種AC/DC變換器，包括輸入電壓電磁干擾EMI濾波電路、輸出電壓濾波電路，其特征在于，該AC/DC變換器還包括功率因數(shù)校正PFC電路、DC/DC變換電路及脈寬調(diào)制PWM控制電路，其中，PFC電路，用于對輸入電壓EMI濾波電路輸出的電壓進行功率因數(shù)校正，輸出PFC母線電壓，根據(jù)PWM控制電路輸出的控制信號，將PFC母線電壓調(diào)節(jié)到預設值；DC/DC變換電路，用于根據(jù)PWM控制電路輸出的控制信號，調(diào)節(jié)電路中互補金屬氧化物半導體MOS開關管的占空比，再次對PFC電路輸出預設值的PFC母線電壓進行調(diào)節(jié)，并進行直流電壓變換，將輸入的預設值的PFC母線電壓變換為相應負載所需要的直流穩(wěn)壓電壓；PWM控制電路，用于根據(jù)輸出電壓濾波電路輸出的電壓，生成控制信號，分別控制PFC電路和DC/DC變換電路對輸入的電壓進行調(diào)節(jié)。
2、 如權(quán)利要求1所述的AC/DC變換器，其特征在于，所述PFC電路包括第一二極管 第七二極管、第一電感、第一電阻、第一電容以及第一 MOS開關管，其中，第一二極管~第四二極管組成整流電路，用于對輸入的交流電壓進行整流；第五二極管 第七二極管、第一電感、第一電阻、第一電容以及第一MOS開關管，用于對整流后的交流電壓進行功率因數(shù)調(diào)節(jié)；同時，第一 MOS開關管的柵極接收PWM控制電路輸出的控制信號，調(diào)節(jié)自身的占空比，對整流后的交流電壓進行調(diào)整，輸出預設值的PFC母線電壓。
3、 如權(quán)利要求l所述的AC/DC變換器，其特征在于，所述DC/DC變換電路包括移相全橋變換器、PWM控制全橋變換器、對稱半橋變換器、半橋三電平DC/DC變換器、級聯(lián)全橋三電平DC/DC變換器、全橋三電平DC/DC變換器以及降壓/升壓變換器。
4、 如權(quán)利要求3所述的AC/DC變換器，其特征在于，所述移相全橋變換器包括超前橋臂、滯后橋臂、原邊線圈以及次級側(cè)直流電壓輸出電路，其中，后橋臂的第 一端相連，第二端分別與所述PFC母線電壓的負極以及滯后橋臂的第二端相連，第三端與原邊線圈一端相連，第四端接收來自PWM控制電路的超前橋臂控制信號；滯后橋臂，第三端與原邊線圏另一端相連，第四端接收來自PWM控制電路的滯后橋臂控制信號；所述超前橋臂控制信號超前所述滯后橋臂控制信號預先設定的相位；次級側(cè)直流電壓輸出電路，用于將原邊線圈變換的直流電壓輸出至輸出電壓濾波電^各。
5、 如權(quán)利要求4所述的AC/DC變換器，其特征在于，所述超前橋臂包括第二 MOS開關管和第三MOS開關管，所述第二 MOS開關管的在第一極和第二極之間，并聯(lián)有第八二極管和第二二極分別與所述第三MOS開關管的第一^l以及原邊線圏一端相連，控制才及接收來自PWM控制電路的第二MOS開關管控制信號；所述第三MOS開關管的第 一極和第二極之間，并4關有第十二極管和第三電容，第二極分別與所述PFC母線電壓的負極以及滯后橋臂的第二端相連，控制極接收來自PWM控制電路的第三MOS開關管控制信號；所述第二 MOS開關管控制信號與所述第三MOS開關管控制信號互補。
6、 如權(quán)利要求4所述的AC/DC變換器，其特征在于，所述滯后橋臂包括第四MOS開關管和第五MOS開關管，所述第四MOS開關管的第一極和第二極之間，并聯(lián)有第十一二極管和第四電容，第一極分別與所述PFC母線電壓的正極以及第二 MOS開關管第一極相連，第二極分別與第五MOS開關管的第一極以及原邊線圈另一端相連，控制極接收來自PWM控制電路的第四MOS開關管控制信號，所述第五MOS開關管的第一極和第二極之間，并聯(lián)有第十二二極管和第五電容，第二極分別與所述PFC母線電壓的負極以及第三MOS開關管第二極相連，控制極接收來自PWM控制電路的第五MOS開關管控制信號，所述第四MOS開關管控制信號與所述第五MOS開關管控制信號互補。
7、 如權(quán)利要求1所述的AC/DC變換器，其特征在于，所述PWM控制電路包括PFC控制電路和DC/DC控制電路，其中，所述PFC控制電路為專用芯片，接收輸出電壓濾波電路的輸出，對FPC電路進行控制；所述DC/DC控制電路為數(shù)字化控制電路，接收輸出電壓濾波電路的輸出，一路輸出控制DC/DC變換電路，另一路輸出作為PFC控制電路的給定信號。
8、 如權(quán)利要求l所述的AC/DC變換器，其特征在于，進一步包括PFC控制電路和DC/DC控制電路，其中，所述PFC控制電路為專用芯片，接收PWM控制電路的一路輸出，對FPC電路進行控制；所述DC/DC控制電路為數(shù)字化控制電路，接收PWM控制電路的另 一路輸出，控制DC/DC變4灸電^各。
9、 如權(quán)利要求4至8任一項所述的AC/DC變換器，其特征在于，進一步包括諧振電感，所述超前橋臂第三端通過所述諧振電感與原邊線圈一端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種AC/DC變換器，通過確定負載所需的工作電壓低于預先設定的值，對輸入的交流電壓進行整流濾波，校正整流濾波后的交流電壓功率因數(shù)，形成功率因數(shù)校正PFC母線電壓，同時調(diào)節(jié)PFC母線電壓、以及DC/DC變換電路中，對PFC母線電壓進行DC/DC變換的互補金屬氧化物半導體MOS開關管的占空比進行調(diào)節(jié)，對DC/DC變換電路輸出的電壓進行整流濾波，向負載輸出。應用本發(fā)明，通過適當降低PFC電路輸出的PFC母線電壓，從而使得負載工作電壓較低時，DC/DC變換電路中的MOS開關管可以工作在效率較高的占空比上，在保證負載所需的直流工作電壓的同時，提高了AC/DC變換器在輸出低電壓時的效率、降低了損耗。
文檔編號H02M1/42GK101465598SQ20091007627
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者寧國云, 李小兵 申請人:普天信息技術研究院有限公司