專利名稱：單級橋式功率因數校正變換器電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于開關電源技術領域，尤其涉及單級橋式功率因數校正變換器電路。
背景技術：
公知的單級橋式功率因數校正變換器有2009年8月5日公開的“一種單級半橋 AC-DC變換器”發(fā)明專利說明書，公開號為CN101499732A和2009年7月8日公開的“一種 Z源軟開關功率因數校正全橋變換器”發(fā)明專利說明書，公開號為CN101478245A。前者優(yōu)點 是電路簡單，缺點是市電輸入電流不連續(xù)，電磁干擾重，共用管S1電壓電流應力大。后者優(yōu) 點是實現了軟開關，缺點是輸出直流電壓時100Hz紋波電壓大。它們的應用場合受到一定 的限制。

發(fā)明內容
為了克服公知的單級橋式功率因數校正變換器電路的市電輸入電流不連續(xù)、電磁 干擾重，共用管S1電壓電流應力大、輸出直流電壓時100Hz紋波電壓大的缺陷，本發(fā)明提供 一種單級橋式功率因數校正變換器電路，該校正變換器電路市電輸入電流連續(xù)、電磁干擾 輕，輸出直流電壓時100Hz紋波電壓小。本發(fā)明的總構思是用電感、電容貯能元件的特性，在市電瞬時值小于二分之一市 電整流輸出電壓時，使開關在準零電流狀態(tài)下開通而產生的市電輸入電流為臨界導電模 式，并使開關在準零電壓狀態(tài)下關斷。在市電瞬時值大于二分之一市電整流輸出電壓時，使 開關在準零電流狀態(tài)下開通而產生的市電輸入電流為連續(xù)導電模式，使開關在零電壓狀態(tài) 下關斷時把貯能電感、電容貯存的部分能量直接經開關變壓器傳向輸出端，以減小開關功 耗和電流應力，達到提高開關電源功率因數、效率、降低開關電源成本之目的。本發(fā)明的技術方案是該校正變換器包括輸入整流電路、貯能電感、貯能電容和 橋式電路，市電兩端分接輸入整流電路兩市電輸入端，貯能電感的一端接輸入整流電路的 正輸出端，貯能電感的另一端、第一電容的一端和第一二極管的正極匯接，第一二極管的負 極、貯能電容的正極和第一電感的一端匯接，第一電感的另一端接橋式電路上端，第一電容 的另一端、第二電容的一端和橋式電路的中端匯接，第二電容的另一端、第二二極管的負極 和輸入整流電路的負輸出端匯接，第二二極管的正極、貯能電容的負極和第二電感的一端 匯接，第二電感的另一端接橋式電路的下端，橋式電路中的變壓器的次級繞組接有輸出整 流濾波電路。所述的橋式電路包括變壓器，變壓器初級繞組的一端、第一開關的另一端和第二 開關的一端匯接形成橋式電路的中端，第一開關的一端和第三電容的一端匯接形成橋式電 路的上端，第二開關的另一端和第四電容的另一端匯接形成橋式電路的下端，變壓器初級 繞組另一端、第三電容另一端和第四電容一端匯接。所述的橋式電路包括變壓器，變壓器第一初級繞組的一端、第一開關的另一端，第 二開關的一端匯接形成橋式電路的一個中端，第一開關的一端、第三電容的一端和第三開關的一端匯接形成橋式電路的上端，第二開關的另一端、第四電容的另一端和第四開關的 另一端匯接形成橋式電路的下端，變壓器第一初級繞組的另一端、第三電容的另一端、第四 電容的一端和第二初級繞組的一端匯接，第二初級繞組的另一端、第三開關的另一端、第四 開關的一端匯接形成橋式電路的另一個中端。本發(fā)明的技術方案也可以是該校正變換器包括輸入整流電路、貯能電感、貯能 電容和橋式電路，市電兩端分接輸入整流電路兩市電輸入端，貯能電感的一端接輸入整流 電路的正輸出端，貯能電感的另一端、貯能電容的正極和橋式電路上端匯接，貯能電容的負 極、第一二極管的正極、第二二極管的正極和第二電感的一端匯接，第一電容的一端與橋式 電路的一個中端匯接，第一電容的另一端、第一二極管的負極和輸入整流電路的一個負輸 出端匯接，第二電容的一端與橋式電路的另一個中端匯接，第二電容的另一端、第二二極管 的負極和輸入整流電路的另一個負輸出端匯接，第二電感的另一端接橋式電路的下端，橋 式電路中的變壓器的次級繞組接有輸出整流濾波電路。所述的輸入整流電路是第三二極管正極、第四二極管負極和第五二極管負極匯接 形成一個市電輸入端，第六二極管正極、第七二極管負極和第八二極管負極匯接形成另一 個市電輸入端，第三二極管負極和第六二極管負極匯接形成正輸出端，第四二極管正極和 第七二極管正極匯接形成一個負輸出端，第五二極管正極和第八二極管正極匯接形成另一 個負輸出端。所述的橋式電路包括變壓器，變壓器第一初級繞組的一端、第一開關的另一端和 第二開關的一端匯接形成橋式電路的一個中端，第一開關的一端和第三開關的一端匯接形 成橋式電路的上端，第二開關的另一端、第四電容的另一端和第四開關的另一端匯接形成 橋式電路的下端，變壓器第一初級繞組的另一端、第四電容的一端和第二初級繞組的一端 匯接，第二初級繞組的另一端、第三開關的另一端和第四開關的一端匯接形成橋式電路的 另一個中端。所述的橋式電路中的變壓器第一初級繞組的另一端、第四電容的一端和第二初級 繞組的一端匯接處與橋式電路的上端之間接有第三電容。所述的貯能電感的另一端和貯能電容的正極匯接處與橋式電路上端之間串接有
第一電感。本發(fā)明的技術方案還可以是該校正變換器包括輸入整流電路、貯能電感、貯能 電容和橋式電路，市電兩端分接輸入整流電路兩市電輸入端，貯能電感的一端接輸入整流 電路的負輸出端，貯能電感的另一端、貯能電容的負極和橋式電路下端匯接，貯能電容的正 極、第一二極管的負極、第二二極管的負極和第一電感的一端匯接，第一電容的另一端與橋 式電路的一個中端匯接，第一電容的一端、第二二極管的正極和輸入整流電路的另一個正 輸出端匯接，第二電容的另一端與橋式電路的另一個中端匯接，第二電容的一端、第一二極 管的正極和輸入整流電路的一個正輸出端匯接，第一電感的另一端接橋式電路的上端，橋 式電路中的變壓器的次級繞組接有輸出整流濾波電路。所述的輸入整流電路是第三二極管正極、第四二極管正極和第五二極管負極匯接 形成一個市電輸入端，第六二極管正極、第七二極管正極和第八二極管負極匯接形成另一 個市電輸入端，第三二極管負極和第六二極管負極匯接形成一個正輸出端，第四二極管負 極和第七二極管負極匯接形成另一個正輸出端，第五二極管正極和第八二極管正極匯接形
5成負輸出端。所述的橋式電路包括變壓器，變壓器第一初級繞組的一端、第一開關的另一端和 第二開關的一端匯接形成橋式電路的一個中端，第二開關的另一端和第四開關的另一端匯 接形成橋式電路的下端，第一開關的一端、第三電容的一端和第三開關的一端匯接形成橋 式電路的上端，變壓器第一初級繞組的另一端、第三電容的另一端和第二初級繞組的一端 匯接，第二初級繞組的另一端、第三開關的另一端和第四開關的一端匯接形成橋式電路的 另一個中端。所述的橋式電路中的變壓器第一初級繞組的另一端、第三電容的另一端和第二初 級繞組的一端匯接處與橋式電路的下端之間接有第四電容。所述的貯能電感的另一端和貯能電容的負極匯接處與橋式電路下端之間串接有
第二電感。本發(fā)明的優(yōu)點開關不需要體內二極管或外并二極管，電路簡單，功率因數、效率 高，成本低，體積小。在額定電壓輸入下輕載時貯能電容上電壓也能控制在380伏以下，開 關承受的電壓應力和典型的半橋、全橋電路基本一樣，在市電電壓瞬時值小于貯能電容上 電壓二分之一時，市電輸入電流為臨界導電模式，在市電電壓瞬時值大于貯能電容上電壓 二分之一時，市電輸入電流為連續(xù)導電模式，且市電輸入電流沒有死區(qū)，不但功率因數高， 電磁干擾小，且能使開關在零電壓狀態(tài)下關斷，在準零電流狀態(tài)下開通，實現了高效率，適 合做各種功率的高性能開關電源。


圖1是本發(fā)明的第一個實施例的電路圖。
圖2是本發(fā)明的第二個實施例的電路圖。
圖3是本發(fā)明的第三個實施例的電路圖。
圖4是本發(fā)明的第四個實施例的電路圖。
圖5是本發(fā)明的第五個實施例的電路圖。
圖6是本發(fā)明的第六個實施例的電路圖。
圖7是圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6中的變壓器次級輸出整流濾波電路圖。
圖8是用于提高圖1、圖2、圖3和圖4中的輸入整流電路效率的附加電路圖。
圖9是用于提高圖5和圖6中的輸入整流電路效率的附加電路圖。
具體實施例方式
在圖1中，該校正變換器電路包括輸入整流電路、貯能電感Lb、貯能電容Cb和橋式 電路。市電Vi兩端分接輸入整流電路兩市電輸入端。貯能電感Lb的一端接輸入整流電路 的正輸出端，貯能電感Lb的另一端、第一電容C1的一端和第一二極管D1的正極匯接。第 一二極管D1的負極、貯能電容Cb的正極和第一電感L1的一端匯接，第一電感L1的另一端 接橋式電路上端。第一電容C1的另一端、第二電容C2的一端和橋式電路的中端匯接。第 二電容C2的另一端、第二二極管D2的負極和輸入整流電路的負輸出端匯接。第二二極管 D2的正極、貯能電容Cb的負極和第二電感L2的一端匯接，第二電感L2的另一端接橋式電 路的下端，橋式電路中的變壓器T的次級繞組Nsl、Ns2接有圖7所示的輸出整流濾波電路。
所述的橋式電路包括變壓器T，變壓器T初級繞組Np的一端、第一開關S1的另一 端和第二開關S2的一端匯接形成橋式電路的中端。第一開關S1的一端和第三電容C1的一 端匯接形成橋式電路的上端。第二開關S2的另一端和第四電容C4的另一端匯接形成橋式 電路的下端。變壓器T初級繞組Np另一端、第三電容C3另一端和第四電容C4 一端匯接。該實施例的優(yōu)點是開關不需要體二極管或外接二極管，電路簡單。工作過程為了方便說明，設電容CI = C2、C3 = C4，電容Cb、C3、C4上有一定的電 壓，且Vc3 = Vc4 = Vcb/2,電感Lb和電容C1 (或C2)串聯諧振頻率等于校正變換器工作頻 率，第一開關S1、第二開關S2關斷到開通之間有一定死區(qū)，以市電Vi瞬時值是小于或大于 電容Cb上電壓Vcb的二分之一即Vi < Vcb/2, Vi > Vcb/2兩個階段進行說明。1. Vi < Vcb/21. 1.第一開關SI開通，第二開關S2關斷，設Vcl < Vcb/2，Vc2 = 0伏。市電Vi 經第三二極管D3 (或第五二極管D5)、貯能電感Lb、第一二極管D1、第一電感L1、第一開關 S1、第二電容C2、第六二極管D6(或第四二極管D4)回路使貯能電感Lb、第二電容C2發(fā)生 串聯諧振(因Lb >> L1，故忽略第一電感L1在串聯諧振中的作用)，貯能電感Lb中的電 流即市電輸入電流Ii和第二電容C2上的電壓Vc2分別從零開始上升，當第一開關S 1開 通時間等于貯能電感Lb、第二電容C2諧振周期的1/4即下兩式中的a =90°時，市電輸 入電流 Ii 上升到最大值Ii= Vi /V-- Sina= Vi/V^"- (1)，第二電容C2上的電壓 Vc2 上升到Vc2 = Vi(l_Cosa ) = Vi (2),當SI開通時間等于Lb、C2諧振周期的1/2即上兩式中a =180°時，Ii下降到 零，Vc2上升到最大值Vc2 = 2Vi。Lb、C2串聯諧振電路完成了前半個周期。在S1開通瞬間，Vcl經D1、S1加在L1上，Vc3經S1加在Np上，瞬間消除了 Vcb加 在Np上的電壓，因Vcb-Vcl-Vc3-Vc4 = -Vcl < 0伏，即SI開通瞬間Cb不能向電路供電， S1開通后C1經D1、L1、S1串聯諧振回路放電，當S1開通時間為L1、C1諧振周期的1/4時， L1中的電流達到最大值Vcl/V^，Vcl = 0伏，C1中的能量全部轉移到L1中，此時Vcb經 1^1、51、〔4、1^2加到恥上，把03中的能量經T傳向輸出端。這時如L1中的電流大于Cb供 出的電流，則L1上的電壓反相和Vcb串聯向電路供電，同時向C1反向充電。由于S1開通 前LI、L2中的電流為零，為S1零電流開啟創(chuàng)造了條件，另一路Vc3經S1加在Np上，把C3 中的能量經T傳向輸出端，使S1有一定的開啟電流，此電流受T漏感和C3容量小的限制， 故認為S1在準零電流狀態(tài)下開通。1. 2.開關 S1、S2 關斷S1關斷時，由于Vc2 = 2Vi < Vcb使SI在準零電壓狀態(tài)下關斷，如Vc2 > Vc4, 則Vc2經C4、L2、D2加在Np上，使Np上電壓極性保持不變，C2開始放電，并把能量經變壓 器T傳向輸出端，當Vc2 = Vc4時，變壓器T中的漏感電壓和L2上電壓極性變反，把漏感、 L2、C2中的能量繼續(xù)經變壓器T傳向輸出端，提高了校正變換器的功率傳送能力和效率，當 漏感能量傳送完畢，L2上反向電壓加上Vc2等于Vc4時，電感LI、L2產生的反壓經Vcb被 Vc3+Vc4鉗位，給C3、C4充電，C2的放電受到該鉗位電壓限制保留一定的電壓。L1、L2能量 傳送完畢所需的時間為L1+L2和串聯電容C3、C4串聯諧振周期的1/4。1. 3.開關S2開通S1關斷市電乂1經03(或05)讓、(1、52、1^2、02、06(或04)回路使Lb、C1發(fā)生串聯揩振，Lb中電流即市電輸入電流Ii和電容C1上電壓Vcl分別從零開始上升，當S2開通時間等于 Lb、C1諧振周期1/4時，Ii上升到最大值:Ii=Vi/V—，Vcl上升到:Vcl = Vi，當S2開通 時間等于Lb、C1諧振周期的1/2時，Ii下降到零，Vcl上升到最大值Vcl = 2Vi，Lb、C1串 聯諧振電路又完成了后半個周期。因開關S1關斷到開關S2開通之間死區(qū)很小，即市電輸 入電流Ii從S1關斷到下降為零到S2開通從零開始上升之間時間很短，故認為市電輸入電 流Ii為臨界導電模式。在S2開通瞬間，Vc2經S2、D2加在L2上，Vc4經S2加在Np上，瞬間消除了 Vcb 加在Np上的電壓，因為Vcb-Vc3-Vc4-Vc2 = _Vc2 < 0伏，即S2開通瞬間Cb不能向電路 供電，S2開通后，C2經S2、L2、D2串聯諧振回路放電，當S2開通時間等于L2、C2諧振周期 1/4時，L2中的電流達到最大值Vc2/V^ ,Vc2 = 0伏，C2中的能量全部轉移到L2中，此 時Vcb經Ll，C3，S2，L2加在Np上，把Cb中的能量經變壓器T傳向輸出端。這時如L2中 的電流大于Cb供出的電流，則L2上的電壓極性變反和Vcb串聯向電路供電，并向C2反向 充電。由于S2開通前，L1、L2中的電流為零，為S2零電流開啟創(chuàng)造了條件。另一路Vc4經 S2加在Np上，把C4中的能量經變壓器T傳向輸出端，使S2有一定的開啟電流，該電流受變 壓器T中漏感和C4容量小的限制，故認為S2在準零電流狀態(tài)下開通。到此，該校正變換器 在Vi < Vcb/2條件下完成了一個工作周期。2. Vi > Vcb/22. 1.開關 SI 開通，S2 關斷設 Vcl 彡 Vcb/2，Vc2(0)彡 Vcb/2，li(0) > 0 安。說 明Vc2(0)為S1開通前C2上電壓，li(0)為S1開通前市電輸入電流的續(xù)流值。51開通，市電乂1經03(或05)、讓、01、51、〔2、06(或04)回路使Lb、C2發(fā)生串聯 諧振，Lb中的電流即市電輸入電流Ii從li(0)開始上升，Vc2從Vc2(0)開始上升。Ii和 Vc2隨時間變化遵從下列兩個恒定電壓輸入下的完全響應公式。因校正變換器工作頻率遠 大于市電Vi的固有頻率，故認為在校正變換器工作周期內Vi為恒定值。Ii=-[Vc2(0)-Vi] V^ Sina+Ii(0)Cosa(1)Vc2= [Vc2 (0) -Vi]Cos a +Ii (0) V^Sin a +Vi(2)當SI開通時間小于Lb、C2諧振周期1/4，即上兩式中a < 90°的某值時，Ii上 升到最大值，該值大于Vi/ V—，電容C2的電壓上升到Vc2 = Vi，當SI開通時間小于Lb、C2 諧振周期1/2，即上兩式中的a < 180°某值時，Ii下降到零，Vc2上升到最大值，該值大 于2Vi，Lb、C2串聯諧振電路完成前半個工作周期。當Vc2 = Vcb時，C2充電被Vcb鉗位， 市電輸入電流Ii即03中電流經03(或05)、讓、01、03、02、06(或04)^1回路向Cb充電， 形成續(xù)流，Ii的續(xù)流時間為Lb Ii/(Vcb-Vi)，Vi越大，續(xù)流時間越長。在S1開通瞬間，Vcl經Dl、S1加在L1上，Vc3經S1加在Np上，瞬間消除了 Vcb 加在Np上的電壓，因為:Vcb-Vcl-Vc3-Vc4 = -Vcl < 0伏，即SI開通瞬間Cb不能向電路 供電，S1開通后，C1經Dl、Ll、S1串聯諧振回路放電，當S1開通時間等于Ll、C1諧振周期 1/4時，11中電流達到最大值，Vcl = 0伏，C1中的能量全部轉移到L1中，此時Vcb經L1、 S1、C4、L2加在Np上，把Cb中的能量經變壓器T傳向輸出端，這時如Ll中的電流大于Cb供 出的電流，則L1中的電壓極性變反和Vcb串聯向電路供電，并向C1反向充電。由于S1開 通前，Ll、L2中的電流為零，為S1零電流開啟和減小二極管D2反向恢復功耗創(chuàng)造了條件， 由于S1開啟時Vcl加在L1上且Vc2上有一定的電壓，使D2的反向恢復功耗更小。另一路Vc3經SI加在Np上，把C3中的能量經變壓器T傳向輸出端，使S1有一定的開啟電流，該電 流受變壓器T中漏感和C3容量小的限制，故認為S1在準零電流狀態(tài)下開通。2.2.開關 S1、S2 關斷S1關斷時，由于Vc2 = Vcb，Vc2經C4、L2、D2加在Np上，使Np上電壓值及極性保 持不變，使S1零電壓關斷，C2開始放電，并經變壓器T把能量傳向輸出端。當Vc2 = Vc4 時、變壓器T中的漏感電壓和L2上的電壓極性反向，把漏感、L2、C2中的能量繼續(xù)經變壓器 T傳向輸出端，提高了校正變換器功率傳送能力和效率。當漏感能量傳送完畢，L2上電壓 加上Vc2等于Vc4時，電感L2、L1上反向電壓經Vcb被Vc3+Vc4鉗位，給C3、C4充電，C2放 電受到該鉗位電壓的限制保留較大的電壓值，LI、L2能量傳送完畢所需的時間為L1+L2和 串聯電容C3、C4串聯諧振周期1/4。在S1關斷的同時，Lb中的電流Ii經CI、C4、L2、D2、 D6 (或D4)、Vi、D3 (或D5)加在Np上，使市電VI和Lb中的能量直接經變壓器T傳向輸出 端，進一步提高了校正變換器的功率傳送能力和效率并減小了開關的電流應力。當Vi在峰 值附近使C1充電值Vcl = Vc3的同時，Lb中的電流經01、1^1、03、恥、〔2、06(或04)、乂土、 D3(或 D5)給 C2 充電，使 Vc2 = Vc4，然后經 Dl、Cb、D2、D6 (或 D4)、Vi、D3 (或 D5)回路給 Cb充電，形成續(xù)流。2.3.開關 S2 開通，S1 關斷，設 S2 開通前，Vc2 彡 Vcb/2，Vcl(0)彡 Vcb/2，li(0) >0安。說明，Vcl (0)為S2開通前C1上電壓，li(0)為S2開通前市電輸入電流的續(xù)流值。52開通^1經03(或05)、讓、(1、52、1^2、02、06(或04)回路使 Lb、C1 發(fā)生串聯 諧振，Ii從Ii (0)開始上升，Vcl從Vcl (0)開始上升，Ii和Vcl隨時間變化遵從下列兩個 恒定電壓輸入下的完全響應公式。Ii=-[Vcl(0)-Vi] V^ Sina +Ii(0)Cosa(1)Vc2=[Vcl(0)-Vi]Cosa +li(0) Sina +Vi(2)當S2開通時間小于Lb、Cl諧振周期1/4即上兩式中a < 90°某值時，Ii上升到 最大值，Vcl上升到Vi。當S2開通時間小于Lb、Cl諧振周期1/2即上兩式中的a <180° 某值時，Ii下降到零，Vcl上升到最大值，Lb、C1串聯諧振電路又完成了下半個工作周期。 當Vc 1 = Vcb時，C1充電被Vcb鉗位，市電輸入電流I i即Lb中電流經D3 (或D5)、Lb、D1、 Cb、D2、D6(或D4)、Vi回路向Cb充電形成續(xù)流，Ii的續(xù)流時間為:Lb Ii/(Vcb_Vi)，Vi越 大，續(xù)流時間越長，市電輸入電流Ii進入連續(xù)導電模式。在S2開通瞬間，Vc2經S2、D2、加在L2上，Vc4經S2加在Np上，瞬間消除了 Vcb 加在Np上的電壓，因為Vcb-Vc3-Vc4-Vc2 = -Vc2 < 0伏，即S2開通瞬間Cb不能向電路供 電，S2開通后，C2經S2、L2、D2串聯諧振回路放電，當S2開通時間等于C2、L2諧振周期1/4 時，L2中電流達到最大值，Vc2 = 0伏，C2中能量全部轉移到L2中，此時Vcb經L1、C3、S2、 L2加在Np上，把Cb中的能量經變壓器T傳向輸出端。這時如L2中的電流大于Cb供出的 電流，則L2上的電壓極性變反和Vcb串聯向電路供電，并向C2反向充電。由于S2開通前， L1、L2中的電流為零，為S2零電流開啟和減小二極管D1反向恢復功耗創(chuàng)造了條件，由于S2 開啟時Vc2加在L2上，且Vcl有一定的電壓值，故D1的反向恢復功耗更小。另一路Vc4經 S2加在Np上，把C4的能量經變壓器T傳向輸出端，使S2有一定的開啟電流，此電流受變壓 器T漏感和C4容量小限制，故認為S2在準零電流狀態(tài)下開通。到此該校正變換器在Vi > Vcb/2條件下完成了一個工作周期。
在圖2中，除橋式電路外，其余結構同圖1所示的實施例。所述的橋式電路包括變壓器T，變壓器T有兩個初級繞組Npl、Np2。變壓器T第一 初級繞組Npl的一端、第一開關S1的另一端和第二開關S2的一端匯接形成橋式電路的一 個中端，第一開關S1的一端、第三電容C3的一端和第三開關S3的一端匯接形成橋式電路 的上端，第二開關S2的另一端、第四電容C4的另一端和第四開關S4的另一端匯接形成橋 式電路的下端，變壓器T第一初級繞組Npl的另一端、第三電容C3的另一端、第四電容C4 的一端和第二初級繞組Np2的一端匯接，第二初級繞組Np2的另一端、第三開關S3的另一 端、第四開關S4的一端匯接形成橋式電路的另一個中端。該實施例的優(yōu)點是使開關SI、S2、S3、S4電流應力下降到圖1中SI、S2電流應力 的二分之一，電路由半橋轉化為全橋，提高了輸出功率的能力。在了解了本發(fā)明圖1工作過程后，圖2提高功率因數和效率的工作過程很容易理 解，不再敘述。在圖3中，該校正變換器包括輸入整流電路、貯能電感Lb、貯能電容Cb和橋式電 路，市電兩端分接輸入整流電路兩市電輸入端，貯能電感Lb的一端接輸入整流電路的正輸 出端，貯能電感Lb的另一端、貯能電容Cb的正極和橋式電路上端匯接，貯能電容Cb的負 極、第一二極管D1的正極、第二二極管D2的正極和第二電感L2的一端匯接，第一電容C1的 一端與橋式電路的一個中端匯接，第一電容C1的另一端、第一二極管D1的負極和輸入整流 電路的一個負輸出端匯接，第二電容C2的一端與橋式電路的另一個中端匯接，第二電容C2 的另一端、第二二極管D2的負極和輸入整流電路的另一個負輸出端匯接，第二電感L2的另 一端接橋式電路的下端，橋式電路中的變壓器T的次級繞組Nsl、Ns2接有圖7所示的輸出 整流濾波電路。所述的輸入整流電路是第三二極管D3正極、第四二極管D4負極和第五二極管D5 負極匯接形成一個市電輸入端，第六二極管D6正極、第七二極管D7負極和第八二極管D8 負極匯接形成另一個市電輸入端，第三二極管D3負極和第六二極管D6負極匯接形成正輸 出端，第四二極管D4正極和第七二極管D7正極匯接形成一個負輸出端，第五二極管D5正 極和第八二極管D8正極匯接形成另一個負輸出端。所述的橋式電路包括變壓器T，變壓器T第一初級繞組Npl的一端、第一開關SI的 另一端和第二開關S2的一端匯接形成橋式電路的一個中端，第一開關S1的一端和第三開 關S3的一端匯接形成橋式電路的上端，第二開關S2的另一端、第四電容C4的另一端和第 四開關S4的另一端匯接形成橋式電路的下端，變壓器T第一初級繞組Npl的另一端、第四 電容C4的一端和第二初級繞組Np2的一端匯接，第二初級繞組Np2的另一端、第三開關S3 的另一端和第四開關S4的一端匯接形成橋式電路的另一個中端。所述的橋式電路中的變壓器T第一初級繞組Npl的另一端、第四電容C4的一端和 第二初級繞組Np2的一端匯接處與橋式電路的上端之間接有第三電容C3。所述的貯能電感Lb的另一端和貯能電容Cb的正極匯接處與橋式電路上端之間串 接有第一電感L1。該實施例的優(yōu)點是進一步提高了輸入整流電路的效率，均衡了開關SI、S2、S3、S4 來自輸入電流應力，二極管D1、D2相當于并聯，減小了正向功耗和反向恢復功耗。工作過程為了方便說明，設電容CI = C2、C3 = C4、Npl = Np2,電容Cb、C3、C4上有一定電壓，且Vc3 = Vc4 = Vcb/2, Lb、CI (或C2)串聯諧振頻率等于校正變換器工作頻 率。開關關斷與開通之間有一定死區(qū)。以市電Vi瞬時值是小于或大于電容Cb上電壓Vcb 二分之一即Vi < Vcb/2, Vi > Vcb/2兩個階段進行說明。1. Vi < Vcb/21.1.開關 S1、S4 開通，開關 S2、S3 關斷，設 Vcl = 0 伏，Vc2 < Vcb/2。市電乂1經03(或06)、讓丄1、51、(1、07(或04)回路使Lb、Cl發(fā)生串聯諧振(因 Lb >> L1，故忽略L1在串聯諧振中作用)，Lb中的電流即市電輸入電流Ii和電容C1上的 電壓Vcl分別從零開始上升，當S1、S4開通時間等于Lb、Cl諧振周期1/4即下兩式中a = 90° 時，Ii 上升到最大值Ii=Vi/V“Sina=Vi/V:(1)Vcl 上升到Vcl = Vi(l_Cosa ) = Vi (2)當開關S1、S4開通時間等于Lb、Cl諧振周期性1/2即上兩式中的a = 180°時， Ii下降到零，Vcl上升到最大值，Vcl = 2Vi。Lb、C1串聯諧振電路完成了前半個周期。在開關SI、S4開通瞬間，Vc2經開關S4、二極管D2加在L2上、Vc3、Vc4分別經開 關SI、S4加在Npl、Np2上，瞬間消除了 Vcb加在Npl、Np2上電壓，因為Vcb-Vc3-Vc4_Vc2 =-Vc2 < 0伏，即開關S1、S4開通瞬間Cb不能向電路供電。開關S1、S4開通后，C2經S4、 L2、D2串聯諧振電路放電，當SI、S4開通時間等于L2、C2諧振周期1/4時，L2中的電流達 到最大值Vc2/V‘，Vc2 = 0伏，C2中能量全部轉移到L2中。此時Vcb經L1、S1、S4、L2加 到Npl、Np2上，把Cb中的能量經變壓器T傳向輸出端。這時如L2中的電流大于Cb供出 電流則L2上電壓極性變反和Vcb串聯向電路供電，同時向C2反向充電。由于S1、S4開通 前L1、L2中的電流為零，為S1、S4零電流開通創(chuàng)造了條件。另兩路Vc3、Vc4經S1、S4加在 Npl、Np2上，把C3、C4中的能量經變壓器T傳向輸出端，使SI、S4有一定的開啟電流，該電 流受變壓器T漏感和C3、C4容量小的限制，故認為SI、S4在準零電流狀態(tài)下開通。1.2.開關 S1、S4、S2、S3 關斷S1、S4關斷時由于Vcl = 2Vi < Vcb，使開關S1、S4在準零電壓狀態(tài)下關斷，如Vcl > Vc4，則Vcl經C4、L2、D1加在Npl上，使Npl上電壓極性保持不變。C1開始放電，并把能 量經T傳向輸出端。當Vcl = Vc4時，T中漏感電壓和L2上電壓極性變反，把漏感、L2、C1 中的能量繼續(xù)經T傳向輸出端。提高了校正變換器傳送功率能力和效率。當漏感能量傳送 完畢，L2上反向電壓加Vcl等于Vc4時，L2、L1產生的反向電壓經Vcb被Vc3+Vc4鉗位，給 C3、C4充電，C1放電受該鉗位電壓限制，保留一定的電壓值。L1、L2能量傳送完畢所需時間 為:L1+L2和串聯電容C3、C4串聯諧振周期1/4。1.3.開關 S2、S3 開通 S1、S4 關斷。市電乂1經03(或06)讓、1^1、53、〔2、08(或05)回路使讓、〔2發(fā)生串聯諧振。市 電輸入電流Ii和電容C2上的電壓Vc2分別從零開始上升，當S2、S3開通時間等于Lb、C2 諧振周期1/4時，Ii上升到最大值，Vc2上升到Vc2 = Vi，當S2、S3開通時間等于Lb、C2諧 振周期1/2時，Ii下降到零，Vc2上升到最大值Vc2 = 2Vi。Lb、C2串聯諧振電路又完成了 后半個周期。因SI、S4關斷到S2、S3開通之間死區(qū)很小，即市電輸入電流Ii從SI、S4關 斷時下降為零到S2、S3開通從零開始上升之間時間很短，故認為市電輸入電流Ii為臨界導 電模式。在S2、S3開通瞬間，Vcl經S2、D1加在L2上，Vc3、Vc4分別經S3、S2加在Np2、Npl
11上，瞬間消除了 Vcb加在Np2、Npl上電壓，因為Vcb-Vc3-Vc4-Vcl = -Vcl < 0伏，即S2、S3 開通瞬間Cb不能向電路供電。S2、S3開通后，C1經S2、L2、D1串聯諧振回路放電，當S2、S3 開通時間等于L2、C1諧振周期1/4時，L2中的電流達到最大值，Vcl = 0伏。C1中能量全 部轉移到L2中，此時Vcb經L1、S3、S2、L2加在Np2、Npl上，把Cb中能量經T傳向輸出端。 這時如L2中電流大于Cb供出電流，則L2上電壓極性變反和Vcb串聯向電路供電，并向C1 反向充電。由于S2、S3開通前L1、L2中的電流為零，為S2、S3零電流開啟創(chuàng)造了條件。另 兩路Vc3、Vc4分別經S3、S2加在Np2、Npl上，把C3、C4中能量經T傳向輸出端。使S2、S3 有一定的開啟電流。此電流受T漏感和C3、C4容量小的限制，故認為S2、S3在準零電流狀 態(tài)下開通。到此該校正變換器在Vi < Vcb/2條件下完成了一個工作周期。2. Vi > Vcb/22. 1.開關 SI、S4 開通，S2、S3 關斷，設 Vcl (0) ^ Vcb/2, Vc2 ^ Vcb/2, Ii (0) > 0 安。說明Vcl(0)為S1、S4開通前C1上電壓，li(0)為S1、S4開通前市電輸入電流續(xù)流值。開關31、54開通，市電乂1經03(或06)、讓、1^1、51、(1、07(或04)回路使Lb、Cl 發(fā)生串聯諧振，Lb中的電流即市電輸入電流Ii從li(0)開始上升，電容C1上電壓Vcl從 Vcl(0)開始上升，Ii和Vcl隨時間變化分別分別遵從下列兩個恒定電壓輸入下的完全響應 公式Ii=-[Vcl(0)-Vi] Sina+Ii(0) Cos a(1)Vcl=[Vcl(0) -Vi]Cosa +li(0) V~Sin a +Vi(2)當S1、S4開通時間小于Lb、CI諧振周期1/4即上兩式中a < 90°某值時，Ii上 升到最大值，此值大于Vi/V‘，Vcl =Vi。當S1、S4開通時間小于Lb、Cl諧振周期1/2即 上兩式中a <180°某值時，Ii下降到零。Vcl上升到最大值，該值大于2Vi。Lb、Cl串聯 諧振電路完成了前半個周期。當Vcl = Vcb時，電容C1的充電被Vcb鉗位，Lb中的電流即 市電輸入電流Ii經D3(或D6)、Lb、Cb、Dl接D7(或D4)與D2接D8 (或D5)并聯電路，Vi 回路給Cb充電形成續(xù)流，Ii的續(xù)流時間為Lb Ii/(Vcb-Vi)，Vi越大續(xù)流時間越長。在SI、S4開通瞬間，Vc2經S4、D2加在L2上，Vc3、Vc4分別經SI、S4加在Npl、 Np2上，瞬間消除了 Vcb加在Npl、Np2上電壓，因為:Vcb-Vc3-Vc4-Vc2 = -Vc2 < 0伏，即 SI、S4開通瞬間Cb不能向電路供電。SI、S4開通后，C2經S4、L2、D2串聯諧振電路放電， 當SI、S4開通時間等于L2、C2諧振周期1/4時，L2中電流達到最大值Vc2/ V^，Vc2 = 0伏。C2中能量全部轉移到L2中，此時Vcb經L1、S1、S4、L2加在Npl、Np2上把Cb中的能 量經T傳向輸出端。這時如L2中的電流大于Cb供出的電流，則L2上電壓極性變反和Vcb 串聯向電路供電，并向C2反向充電。由于S1、S4開通前L2、L1中的電流為零，為S1、S4零 電流開啟和減小二極管D1反向恢復功耗創(chuàng)造了條件，由于SI、S4開啟前C1上有一定的電 壓，且Ii的續(xù)流由D1、D2分流使二極管D1反向恢復功耗更小。另兩路Vc3、Vc4分別經S1、 S4加在Npl、Np2上，把C3、C4中的能量經T傳向輸出端，使SI、S4有一定的開啟電流。此 電流受T漏感和C3、C4容量小限制，故認為SI、S4在準零電流狀態(tài)下開通。2. 2.開關 S1、S4、S2、S3 關斷S1、S4關斷時，由于Vcl = Vcb, Vcl經C4、L2、D1加在Npl上，使Npl上電壓值及 極性保持不變，使SI、S4零電壓關斷。C1開始放電，并把能量經T傳向輸出端。當Vcl = Vc4時，T中漏感和L2上電壓極性變反，把漏感、L2、C1中的能量繼續(xù)經T傳向輸出端，提高
權利要求
一種單級橋式功率因數校正變換器電路，該校正變換器包括輸入整流電路、貯能電感、貯能電容和橋式電路，市電兩端分接輸入整流電路兩市電輸入端，貯能電感的一端接輸入整流電路的正輸出端，其特征在于貯能電感的另一端、第一電容的一端和第一二極管的正極匯接，第一二極管的負極、貯能電容的正極和第一電感的一端匯接，第一電感的另一端接橋式電路上端，第一電容的另一端、第二電容的一端和橋式電路的中端匯接，第二電容的另一端、第二二極管的負極和輸入整流電路的負輸出端匯接，第二二極管的正極、貯能電容的負極和第二電感的一端匯接，第二電感的另一端接橋式電路的下端，橋式電路中的變壓器的次級繞組接有輸出整流濾波電路。
2.根據權利要求1所述的單級橋式功率因數校正變換器電路，其特征在于橋式電路包 括變壓器，變壓器第一初級繞組的一端、第一開關的另一端，第二開關的一端匯接形成橋式 電路的一個中端，第一開關的一端、第三電容的一端和第三開關的一端匯接形成橋式電路 的上端，第二開關的另一端、第四電容的另一端和第四開關的另一端匯接形成橋式電路的 下端，變壓器第一初級繞組的另一端、第三電容的另一端、第四電容的一端和第二初級繞組 的一端匯接，第二初級繞組的另一端、第三開關的另一端、第四開關的一端匯接形成橋式電 路的另一個中端。
3.一種單級橋式功率因數校正變換器電路，該校正變換器包括輸入整流電路、貯能電 感、貯能電容和橋式電路，其特征在于市電兩端分接輸入整流電路兩市電輸入端，貯能電感 的一端接輸入整流電路的正輸出端，貯能電感的另一端、貯能電容的正極和橋式電路上端 匯接，貯能電容的負極、第一二極管的正極、第二二極管的正極和第二電感的一端匯接，第 一電容的一端與橋式電路的一個中端匯接，第一電容的另一端、第一二極管的負極和輸入 整流電路的一個負輸出端匯接，第二電容的一端與橋式電路的另一個中端匯接，第二電容 的另一端、第二二極管的負極和輸入整流電路的另一個負輸出端匯接，第二電感的另一端 接橋式電路的下端，橋式電路中的變壓器的次級繞組接有輸出整流濾波電路。
4.根據權利要求3所述的單級橋式功率因數校正變換器電路，其特征在于輸入整流 電路是第三二極管正極、第四二極管負極和第五二極管負極匯接形成一個市電輸入端，第 六二極管正極、第七二極管負極和第八二極管負極匯接形成另一個市電輸入端，第三二極 管負極和第六二極管負極匯接形成正輸出端，第四二極管正極和第七二極管正極匯接形成 一個負輸出端，第五二極管正極和第八二極管正極匯接形成另一個負輸出端。
5.根據權利要求3所述的單級橋式功率因數校正變換器電路，其特征在于橋式電路包 括變壓器，變壓器第一初級繞組的一端、第一開關的另一端和第二開關的一端匯接形成橋 式電路的一個中端，第一開關的一端和第三開關的一端匯接形成橋式電路的上端，第二開 關的另一端、第四電容的另一端和第四開關的另一端匯接形成橋式電路的下端，變壓器第 一初級繞組的另一端、第四電容的一端和第二初級繞組的一端匯接，第二初級繞組的另一 端、第三開關的另一端和第四開關的一端匯接形成橋式電路的另一個中端。
6.根據權利要求3所述的單級橋式功率因數校正變換器電路，其特征在于橋式電路中 的變壓器第一初級繞組的另一端、第四電容的一端和第二初級繞組的一端匯接處與橋式電 路的上端之間接有第三電容，貯能電感的另一端和貯能電容的正極匯接處與橋式電路上端 之間串接有第一電感。
7.一種單級橋式功率因數校正變換器電路，該校正變換器包括輸入整流電路、貯能電感、貯能電容和橋式電路，其特征在于市電兩端分接輸入整流電路兩市電輸入端，貯能電感 的一端接輸入整流電路的負輸出端，貯能電感的另一端、貯能電容的負極和橋式電路下端 匯接，貯能電容的正極、第一二極管的負極、第二二極管的負極和第一電感的一端匯接，第 一電容的另一端與橋式電路的一個中端匯接，第一電容的一端、第二二極管的正極和輸入 整流電路的另一個正輸出端匯接，第二電容的另一端與橋式電路的另一個中端匯接，第二 電容的一端、第一二極管的正極和輸入整流電路的一個正輸出端匯接，第一電感的另一端 接橋式電路的上端，橋式電路中的變壓器的次級繞組接有輸出整流濾波電路。
8.根據權利要求7所述的單級橋式功率因數校正變換器電路，其特征在于輸入整流 電路是第三二極管正極、第四二極管正極和第五二極管負極匯接形成一個市電輸入端，第 六二極管正極、第七二極管正極和第八二極管負極匯接形成另一個市電輸入端，第三二極 管負極和第六二極管負極匯接形成一個正輸出端，第四二極管負極和第七二極管負極匯接 形成另一個正輸出端，第五二極管正極和第八二極管正極匯接形成負輸出端。
9.根據權利要求7所述的單級橋式功率因數校正變換器電路，其特征在于橋式電路包 括變壓器，變壓器第一初級繞組的一端、第一開關的另一端和第二開關的一端匯接形成橋 式電路的一個中端，第二開關的另一端和第四開關的另一端匯接形成橋式電路的下端，第 一開關的一端、第三電容的一端和第三開關的一端匯接形成橋式電路的上端，變壓器第一 初級繞組的另一端、第三電容的另一端和第二初級繞組的一端匯接，第二初級繞組的另一 端、第三開關的另一端和第四開關的一端匯接形成橋式電路的另一個中端。
10.根據權利要求7所述的單級橋式功率因數校正變換器電路，其特征在于橋式電路 中的變壓器第一初級繞組的另一端、第三電容的另一端和第二初級繞組的一端匯接處與橋 式電路的下端之間接有第四電容，貯能電感的另一端和貯能電容的負極匯接處與橋式電路 下端之間串接有第二電感。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單級橋式功率因數校正變換器電路，該器包括輸入整流電路，貯能電感一端接輸入整流電路的正輸出端，貯能電感另一端、第一電容的一端和第一二極管的正極匯接，第一二極管的負極、貯能電容的正極和第一電感的一端匯接，第一電感的另一端接橋式電路上端，第一電容的另一端、第二電容的一端和橋式電路的中端匯接，第二電容的另一端、第二二極管的負極和輸入整流電路的負輸出端匯接，第二二極管的正極、貯能電容的負極和第二電感的一端匯接，第二電感的另一端接橋式電路的下端，橋式電路接有輸出整流濾波電路。開關不需要體內二極管或外并二極管，電路簡單，功率因數、效率高，成本低，體積小。適合做各種功率的高性能開關電源。
文檔編號H02M1/42GK101980434SQ201010514888
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月16日 優(yōu)先權日2010年10月16日
發(fā)明者曹文領, 胡廣祿 申請人:曹文領