專利名稱：Cuk電路與Flyback電路集成的單級(jí)PFC電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單級(jí)的PFC (功率因數(shù)校正)電路。更具體說本發(fā)明涉及一種將降壓型Cuk電路與Flyback電路集成的功率因數(shù)校正電路。
背景技術(shù)：
為了滿足電磁兼容低頻諧波標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制性要求，功率因數(shù)校正技術(shù)(Power Factor Correction,簡稱PFC)成為必要和關(guān)鍵技術(shù)。功率因數(shù)校正技術(shù)可為無源功率因數(shù)校正技術(shù)、有源兩級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)、有源單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)等。無源PFC的元器件體積相對(duì)較大，不適合在小型化開關(guān)電源中應(yīng)用，有源兩級(jí)PFC元器件數(shù)量較多，成本較高，不利于小型化開關(guān)電源的成本優(yōu)化，有源單級(jí)PFC電路元器件較少，控制簡單、轉(zhuǎn)換效率高、成本較低，很適合在中小功率、低成本、高可靠性開關(guān)電源上應(yīng)用。常見的單級(jí)PFC電路結(jié)構(gòu)有Boost+Flyback集成的單級(jí)PFC電路；Buck+Flyback 集成的單級(jí)PFC電路；Buck_Boost+Flyback集成的單級(jí)PFC電路。其中，Boost+Flyback 的單級(jí)PFC電路中，由于Boost電路本身就有升壓功能，所以儲(chǔ)能電容上的電壓要高于輸入電壓，因此電容上的電壓應(yīng)力較高。此外功率MOS管的電流應(yīng)力較大，功率MOS管損耗也較大，不利于這個(gè)電路的效率的提高；Buck-Boost+Flyback集成的單級(jí)PFC電路的前級(jí) Buck-Boost電路輸出端與輸入端的極性相反，此外該電路同樣具有功率MOS管的電流應(yīng)力較大，功率MOS管損耗較大等缺點(diǎn)。Buck+Flyback集成的單級(jí)PFC電路的前級(jí)Buck電路具有降壓功能，輸入電流不連續(xù)，效率不高。Cuk電路由于輸入輸出兩端都具有電感，輸入與輸出電流都是連續(xù)的，可減小交流紋波電流，在應(yīng)用中常常不需要再附加輸入輸出濾波器。具有優(yōu)良的直流變壓特性。但由于輸入與輸出的極性相反，存在與Buck-Boost電路同樣電壓應(yīng)力問題,所以該電路的應(yīng)用并不多。在許多應(yīng)用場合，都需要降壓電路，如LED照明驅(qū)動(dòng)、通訊、IPM (Intelligent Power Module)驅(qū)動(dòng)、MCU供電、繼電器和交流開關(guān)供電等領(lǐng)域,尤其在LED照明領(lǐng)域,應(yīng)用較為廣泛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種降壓Cuk電路與Flyback電路集成的單級(jí)PFC電路，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)高效降壓輸出，減少電壓應(yīng)力并能同時(shí)達(dá)到輸入與輸出極性相同等特點(diǎn)，由于本發(fā)明采用兩個(gè)電感同時(shí)對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電，電路的效率得到了有效提高。本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)一種降壓Cuk電路與Flyback電路集成的單級(jí)PFC電路，包括一交流電源，其特征在于所述交流電源經(jīng)一整流橋進(jìn)行全波整流，該整流橋的輸出一端接地，另一端接Cuk電路電感LI的A端；所述電感LI的B端分別接Cuk電路電容Cl 的一端和功率MOS管Ql的漏極；所述Cuk電路電容Cl另一端接電感L2的C端，該電感L2的D端接地；所述功率MOS管Ql的柵極接驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該功率MOS管Ql的源極接Flyback變壓器Tl原邊E端和二極管D3的陽極；所述二極管D3的陰極連接儲(chǔ)能電容C2的正極；所述儲(chǔ)能電容C2的負(fù)極和Flyback變壓器Tl原邊F端接地；Cuk電路中的電感L2的C端連接二極管Dl陽極，該二極管Dl陰極接到儲(chǔ)能電容C2的正極；所述儲(chǔ)能電容C2的正極還與二極管D2的陽極連接，該二極管D2陰極連接到功率MOS管Ql的漏極；在Flyback電路中變壓器Tl的副邊繞組的H端接二極管D4的陽極，該二極管D4的陰極接儲(chǔ)能電容C4的正極和負(fù)載RL的一端，所述儲(chǔ)能電容C4的負(fù)極和負(fù)載RL的另一端連接變壓器Tl副邊G端。在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述二極管D1、D2、D3、D4為快速恢復(fù)二極管。在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述的電感LI和電感L2共用一個(gè)磁芯。本發(fā)明的有益效果是
1、降壓Cuk電路與Flyback電路集成實(shí)現(xiàn)一種隔離單級(jí)PFC電路(功率因數(shù)電路)；
2、將儲(chǔ)能電容C2和Flyback的原邊接到Cuk電路的功率MOS管Ql的源極和地之間， 可以實(shí)現(xiàn)降壓功能，減少電壓應(yīng)力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入輸出同極性；
3、將儲(chǔ)能電容C2和Flyback的原邊接到Cuk電路的功率MOS管Ql的源極和地之間，這樣，在功率MOS管導(dǎo)通時(shí)，Cuk電路的輸入電感LI、輸出電感L2，以及電容Cl同時(shí)給Flyback 變壓器Tl原邊和儲(chǔ)能電容供電；功率MOS管關(guān)斷時(shí)，輸入電感LI、電容Cl和輸出電感L2仍然同時(shí)給儲(chǔ)能電容C2進(jìn)行充電。所述電路提高了效率。4、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，可以將輸入電感LI和輸出電感L2共用一個(gè)磁芯，進(jìn)一步提高電路的功率密度。


圖I為本發(fā)明的電路連接示意圖2為本發(fā)明電路中功率MOS管Ql導(dǎo)通時(shí)的工作模態(tài)示意圖3為本發(fā)明電路中功率MOS管Ql關(guān)斷時(shí)的工作模態(tài)示意圖4為本發(fā)明在LED照明中的一個(gè)實(shí)施例電路不意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。請(qǐng)參見圖1，從圖中可知交流電源先經(jīng)過四個(gè)普通整流二極管D5、D6、D7、D8所構(gòu)成的整流橋進(jìn)行全波整流，整流橋輸出一端接地，另一端接Cuk電路電感LI的A端，LI的B 端分別接Cuk電路電容Cl的一端和功率MOS管Ql的漏極，Cuk電路電容Cl另一端接電感 L2的C端，電感L2的D端接地。功率MOS管Ql的柵極接驅(qū)動(dòng)信號(hào)，功率MOS管Ql的源極接Flyback變壓器Tl原邊E端和二極管D3的陽極，二極管D3的陰極連接儲(chǔ)能電容C2的正極，儲(chǔ)能電容C2的負(fù)極和Flyback變壓器Tl原邊F端接地；此外，Cuk電路中L2的C端又連接二極管Dl陽極，二極管Dl陰極接到儲(chǔ)能電容C2的正極；儲(chǔ)能電容C2正極接到二極管D2陽極，而二極管D2陰極連接到功率MOS管的漏極。在Flyback電路中變壓器Tl的副邊繞組的H端接二極管D4的陽極，D4的陰極接儲(chǔ)能電容C4的正極和負(fù)載一端，電容C4的負(fù)極和負(fù)載的另一端連接變壓器Tl副邊G端。由于降壓Cuk電路的負(fù)載輸出位置的改變，可以實(shí)現(xiàn)降壓輸出，減少電路元件的電壓和電流應(yīng)力，提高電路的效率。在CCM模式下，具體工作模態(tài)見附圖2和附圖3。參照附圖2，整流橋輸出電壓波形為單向饅頭波，在功率MOS管Ql導(dǎo)通時(shí)，降壓 Cuk電路部分，輸入電感LI、電容Cl和輸出L2同時(shí)通過功率MOS管Ql對(duì)Cuk電路的LI、 L2進(jìn)行充電；同時(shí)，儲(chǔ)能電容C2經(jīng)過二極管D2也通過功率MOS管Ql對(duì)Flyback部分中的變壓器Tl的原邊繞組充電，變壓器原邊電壓極性E端為正，F(xiàn)端為負(fù)，根據(jù)變壓器原副邊繞組的同名端關(guān)系，副邊繞組電壓極性G端為正，H端為負(fù)，二極管D4承受反向電壓而截止， 所以變壓器的副邊繞組沒有電流，副邊的負(fù)載依靠輸出電容C3供電而工作。參照附圖3，在功率MOS管Ql截止時(shí)，降壓Cuk電路部分，輸入電感LI、電容Cl和輸出電感L2通過二極管Dl能同時(shí)對(duì)Cuk電路的儲(chǔ)能電容C2進(jìn)行放電，充放電能量都傳遞給輸出儲(chǔ)能電容，從而提高了電路的效率。如果輸入電感LI和輸出電感L2按圖中所示的同名端共用一個(gè)磁芯，則可以進(jìn)一步提高電路的功率密度。由于功率MOS管Ql截止，變壓器原邊繞組關(guān)斷電流，由于電感阻礙電流變化引起原邊繞組的E端電壓極性為負(fù)，F(xiàn)端為正，根據(jù)變壓器原副邊的同名端關(guān)系，變壓器的副邊繞組的H端電壓極性為正，G端為負(fù)， 二極管D4承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)，變壓器的原邊繞組電感儲(chǔ)能通過副邊繞組放電并對(duì)輸出電容C3和負(fù)載進(jìn)行供電。參照附圖4，這是一個(gè)將本發(fā)明應(yīng)用到LED照明中的實(shí)施例，是該發(fā)明用在帶隔離降壓輸出場合的一個(gè)例子，是一個(gè)典型具體實(shí)施案例。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該理解到的是上述實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的說明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Cuk電路與Flyback電路集成的單級(jí)PFC電路,包括一交流電源,其特征在于 所述交流電源經(jīng)一整流橋進(jìn)行全波整流，該整流橋的輸出一端接地，另一端接Cuk電路電感LI的A端；所述電感LI的B端分別接Cuk電路電容Cl的一端和功率MOS管Ql的漏極； 所述Cuk電路電容Cl另一端接電感L2的C端，該電感L2的D端接地；所述功率MOS管Ql 的柵極接驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該功率MOS管Ql的源極接Flyback變壓器Tl原邊E端和二極管D3的陽極；所述二極管D3的陰極連接儲(chǔ)能電容C2的正極；所述儲(chǔ)能電容C2的負(fù)極和Flyback 變壓器Tl原邊F端接地；Cuk電路中的電感L2的C端連接二極管Dl陽極，該二極管Dl陰極接到儲(chǔ)能電容C2的正極；所述儲(chǔ)能電容C2的正極還與二極管D2的陽極連接，該二極管 D2陰極連接到功率MOS管Ql的漏極；在Flyback電路中變壓器Tl的副邊繞組的H端接二極管D4的陽極，該二極管D4的陰極接儲(chǔ)能電容C4的正極和負(fù)載RL的一端，所述儲(chǔ)能電容 C4的負(fù)極和負(fù)載RL的另一端連接變壓器Tl副邊G端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Cuk電路與Flyback電路集成的單級(jí)PFC電路,其特征在于 所述二極管Dl、D2、D3、D4為快速恢復(fù)二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Cuk電路與Flyback電路集成的單級(jí)PFC電路,其特征在于 所述的電感LI和電感L2共用一個(gè)磁芯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單級(jí)的PFC(功率因數(shù)校正)電路。更具體說本發(fā)明涉及一種將降壓Cuk電路與Flyback電路集成的功率因數(shù)校正電路。其主要包括:高頻變壓器T1，輸入電感L1，輸出電感L2，Cuk電路儲(chǔ)能電容C1，儲(chǔ)能電容C2，輸出電容C3，一個(gè)功率MOS管Q1，四個(gè)二極管D1、D2、D3、D4以及一橋式整流。本發(fā)明通過降壓Cuk電路與Flyback電路共用一個(gè)功率MOS管分別實(shí)現(xiàn)PFC功能和后級(jí)DC-DC變換功能。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)高效降壓輸出，減少電壓應(yīng)力并能同時(shí)達(dá)到輸入與輸出極性相同等特點(diǎn)，由于本發(fā)明采用兩個(gè)電感同時(shí)對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電，電路的效率得到了有效提高。
文檔編號(hào)H02M1/42GK102611294SQ20111043468
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者徐玉珍, 林維明 申請(qǐng)人:福州大學(xué)