專利名稱:功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器以及功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于電源整流技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器以及一種功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換設(shè)備。
背景技術(shù):
通信電源整流器模塊通常采用兩級(jí)電路拓?fù)錁?gòu)成,其中前級(jí)功率因數(shù)校正(Power Factor Correction ;PFC)電路主要功能是實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正,同時(shí)給后級(jí)直流-直流 (DC-DC)變換電路提供一個(gè)穩(wěn)定的與電網(wǎng)非隔離的直流高壓輸入(一般為400V),后級(jí) DC-DC變換電路再將非隔離的直流高壓隔離轉(zhuǎn)換成通信設(shè)備所需的43 58V直流電壓。目前是采用交錯(cuò)并聯(lián)(interleaving)技術(shù)與雙向開(kāi)關(guān)型無(wú)橋PFC相結(jié)合的通信電源整流器模塊。但是交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)中的升壓電感兩端的峰值電壓為400V,電感紋波電流大,流過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管電流的有效值也較大,并且體積較大,所以轉(zhuǎn)換效率和功率密度較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器以及一種功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換設(shè)備, 解決了現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率和功率密度較低的技術(shù)問(wèn)題。為達(dá)到上述目的,本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案該功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器,包括至少兩組雙向開(kāi)關(guān)、自耦變壓器、升壓電感、母線濾波電容、至少兩個(gè)前橋臂和一個(gè)后橋臂;每組所述雙向開(kāi)關(guān)的前端各與所述自耦變壓器的一個(gè)線圈一一對(duì)應(yīng)相連,每組所述雙向開(kāi)關(guān)的后端用于連接至交流輸入電網(wǎng)的一端;所述自耦變壓器的中心抽頭與所述升壓電感的輸出端相連,所述升壓電感的輸入端用于連接至交流輸入電網(wǎng)的另一端,或者,所述自耦變壓器的中心抽頭用于連接至交流輸入電網(wǎng)的另一端,所述升壓電感集成在所述自耦變壓器中;所述至少兩組雙向開(kāi)關(guān)的前端各與一個(gè)所述前橋臂的中節(jié)點(diǎn)相連,所述至少兩組雙向開(kāi)關(guān)的后端連接在所述后橋臂的中節(jié)點(diǎn)上;所述前橋臂均包括兩個(gè)同向串聯(lián)的二極管,且所述中節(jié)點(diǎn)位于所述兩個(gè)二極管之間,所述前橋臂的兩端分別與所述母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連;所述后橋臂包括兩個(gè)同向串聯(lián)的二極管,且所述中節(jié)點(diǎn)位于所述兩個(gè)二極管之間,所述后橋臂的兩端分別與所述母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連。該功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換設(shè)備,包括上述功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器、交流輸入電網(wǎng)和負(fù)載; 所述交流輸入電網(wǎng)的一端與每組所述雙向開(kāi)關(guān)的后端相連,所述交流輸入電網(wǎng)的另一端與所述升壓電感的輸入端相連;所述負(fù)載的兩端分別與所述母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連。以兩組雙向開(kāi)關(guān)為例,本發(fā)明實(shí)施例提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器中,由升壓電感、 自耦變壓器和兩組雙向開(kāi)關(guān)構(gòu)成了三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路,包括兩組雙向開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通、同時(shí)斷開(kāi)、一組導(dǎo)通一組斷開(kāi)三種工作狀態(tài)。為達(dá)到更好的技術(shù)效果,可以選取兩個(gè)線圈的匝數(shù)相等的自耦變壓器。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明所提供的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)采用三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路,在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi),升壓電感經(jīng)歷了兩次充電和放電,因此減小了升壓電感和母線濾波電容上的紋波,則流經(jīng)雙向開(kāi)關(guān)的晶體管上的電流有效值更小,提高了轉(zhuǎn)換效率;并且升壓電感上紋波的頻率是開(kāi)關(guān)頻率的兩倍,所以升壓電感的電感量可以減少一半,使電路的體積更小,獲得更高的功率密度,故而解決了現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率和功率密度較低的技術(shù)問(wèn)題。如果采用三組或者更多的雙向開(kāi)關(guān),則由升壓電感、自耦變壓器和多組雙向開(kāi)關(guān)構(gòu)成的多態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路,就有四種或者更多種工作狀態(tài)。其中都包括每組雙向開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通和同時(shí)斷開(kāi)兩種狀態(tài),在有的雙向開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、有的雙向開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),會(huì)出現(xiàn)更多種工作狀態(tài)。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi),升壓電感經(jīng)歷的充電和放電次數(shù)與雙向開(kāi)關(guān)的組數(shù)相等,所以采用更多組雙向開(kāi)關(guān)使升壓電感上的紋波更小,所以可進(jìn)一步減少升壓電感的電感量,從而進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率和功率密度。
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見(jiàn)地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器的連接示意圖;圖2為本發(fā)明的實(shí)施例1所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器中三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路的一種應(yīng)用方式示意圖;圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器在交流輸入電網(wǎng)正半周期時(shí)狀態(tài)一的等效示意圖;圖4a和圖4b為本發(fā)明的實(shí)施例1所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器在交流輸入電網(wǎng)正半周期時(shí)狀態(tài)二的等效示意圖;圖5為本發(fā)明的實(shí)施例1所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器在交流輸入電網(wǎng)正半周期時(shí)狀態(tài)三的等效示意圖;圖6為本發(fā)明的實(shí)施例1所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器在交流輸入電網(wǎng)負(fù)半周期時(shí)狀態(tài)一的等效示意圖;圖7a和圖7b為本發(fā)明的實(shí)施例1所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器在交流輸入電網(wǎng)負(fù)半周期時(shí)狀態(tài)二的等效示意圖;圖8為本發(fā)明的實(shí)施例1所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器在交流輸入電網(wǎng)負(fù)半周期時(shí)狀態(tài)三的等效示意圖;圖9a 圖9f為本發(fā)明的實(shí)施例1所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器的雙向開(kāi)關(guān)的實(shí)施方式示意圖;圖10為本發(fā)明的實(shí)施例2所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器的連接示意圖;圖11為本發(fā)明的實(shí)施例3所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器的連接示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器,包括至少兩組雙向開(kāi)關(guān)、自耦變壓器、升壓電感、母線濾波電容、至少兩個(gè)前橋臂和一個(gè)后橋臂;,每組雙向開(kāi)關(guān)的前端各與自耦變壓器的一個(gè)線圈一一對(duì)應(yīng)相連,每組雙向開(kāi)關(guān)的后端用于連接至交流輸入電網(wǎng)的一端;自耦變壓器的中心抽頭與升壓電感的輸出端相連,升壓電感的輸入端用于連接至交流輸入電網(wǎng)的另一端,或者,自耦變壓器的中心抽頭用于連接至交流輸入電網(wǎng)的另一端,升壓電感集成在所述自耦變壓器中;至少兩組雙向開(kāi)關(guān)的前端各與一個(gè)前橋臂的中節(jié)點(diǎn)相連,至少兩組雙向開(kāi)關(guān)的后端連接在后橋臂的中節(jié)點(diǎn)上;前橋臂均包括兩個(gè)同向串聯(lián)的二極管,且中節(jié)點(diǎn)位于兩個(gè)二極管之間,前橋臂的兩端分別與母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連; 后橋臂包括兩個(gè)同向串聯(lián)的二極管,且中節(jié)點(diǎn)位于兩個(gè)二極管之間,后橋臂的兩端分別與母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連。本發(fā)明實(shí)施例提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器中,由升壓電感、自耦變壓器和多組雙向開(kāi)關(guān)構(gòu)成的多態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路,有多種工作狀態(tài)。其中包括每組雙向開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通和同時(shí)斷開(kāi)兩種狀態(tài),以及有的雙向開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、有的雙向開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),出現(xiàn)的多種工作狀態(tài)。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi),升壓電感經(jīng)歷的充電和放電次數(shù)與雙向開(kāi)關(guān)的組數(shù)相等,因此減小了升壓電感和母線濾波電容上的紋波,則流經(jīng)雙向開(kāi)關(guān)的晶體管上的電流有效值更小,提高了轉(zhuǎn)換效率;并且升壓電感上紋波的頻率是開(kāi)關(guān)頻率的數(shù)倍,這一倍數(shù)也與雙向開(kāi)關(guān)的組數(shù)相等,所以升壓電感的電感量可以更少,使電路的體積更小,獲得更高的功率密度,故而解決了現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率和功率密度較低的技術(shù)問(wèn)題。實(shí)施例1 如圖1所示,本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器具有兩組雙向開(kāi)關(guān) S1-S2、S3-S4,因?yàn)樽择钭儔浩鱐l中的線圈以及前橋臂與雙向開(kāi)關(guān)是一一對(duì)應(yīng)的,所以本發(fā)明實(shí)施例中,自耦變壓器Tl的線圈以及前橋臂均為兩個(gè),并且為達(dá)到更好的技術(shù)效果, 選取兩個(gè)線圈的匝數(shù)相等的自耦變壓器Tl。作為一個(gè)優(yōu)選方案,本實(shí)施例提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器還包括防護(hù)橋臂,防護(hù)橋臂包括兩個(gè)同向串聯(lián)的防護(hù)二極管D7、D8,D7、D8之間的中節(jié)點(diǎn)與升壓電感Ll的輸入端相連,防護(hù)橋臂的兩端分別與母線濾波電容C3的兩端對(duì)應(yīng)相連。防護(hù)二極管D7、D8構(gòu)成的防護(hù)橋臂用于防止雷擊浪涌能量對(duì)主拓?fù)潆娐吩斐蓳p壞。本發(fā)明實(shí)施例提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器中,由升壓電感Li、自耦變壓器Tl和兩組雙向開(kāi)關(guān)S1-S2、S3-S4構(gòu)成了三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路,包括兩組雙向開(kāi)關(guān)S1-S2、S3-S4同時(shí)導(dǎo)通、同時(shí)斷開(kāi)、一組導(dǎo)通一組斷開(kāi)三種狀態(tài),并且通過(guò)慣用的脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制實(shí)現(xiàn)三態(tài)。圖2為三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路的一種應(yīng)用方式,其中的D1、D2、S1、S2分別對(duì)應(yīng)圖1中的D1、D3、S1、S3,T1、T2表示圖1中自耦變壓器Tl的兩個(gè)線圈。以下詳細(xì)說(shuō)明三種狀態(tài)的工作原理。如圖3所示,兩組雙向開(kāi)關(guān)S1-S2、S3-S4可以簡(jiǎn)化的看做兩個(gè)開(kāi)關(guān)ΚΙ、K2。在交流輸入電網(wǎng)V電壓的正半周期中,狀態(tài)一雙向開(kāi)關(guān)ΚΙ、K2的脈沖寬度調(diào)制(PWM)載波信號(hào)為相位差180度的鋸齒波,并且該P(yáng)WM的占空比命令由PFC控制電路給出,當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)Kl、K2的工作占空比大于50 %時(shí), 雙向開(kāi)關(guān)K1、K2就存在同時(shí)導(dǎo)通的情況。此時(shí),自耦變壓器Tl的兩個(gè)線圈分別被雙向開(kāi)關(guān) Κ1、Κ2短路,交流輸入電網(wǎng)V給升壓電感Ll充電,而負(fù)載R上的電壓由母線濾波電容C3提{共。狀態(tài)二如圖4a所示,當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)Kl導(dǎo)通、K2斷開(kāi)時(shí),自耦變壓器Tl中與雙向開(kāi)關(guān)Kl相連的線圈直接與交流輸入電網(wǎng)V連通,該線圈上的電流返回交流輸入電網(wǎng)V;交流輸入電網(wǎng) V與升壓電感Ll串聯(lián)通過(guò)自耦變壓器Tl上與雙向開(kāi)關(guān)K2相連的線圈、前橋臂上的二極管 D3和后橋臂上的二極管D6給負(fù)載R供電,并給母線濾波電容C3充電,升壓電感Ll可能處于充電狀態(tài),也可能處于放電狀態(tài),這取決于交流輸入電網(wǎng)V的瞬時(shí)電壓值。此時(shí),負(fù)載端的母線電壓為400V,自藕變壓器Tl的兩個(gè)線圈分別通過(guò)導(dǎo)通的二極管D3和D6與母線的正負(fù)端相連,由于兩個(gè)線圈流過(guò)的電流均為升壓電感Ll電流的一半,所以自耦變壓器Tl的中心抽頭上的電壓,即升壓電感Ll的輸出端對(duì)母線負(fù)端的電壓為母線電壓的一半200V。如圖4b所示,當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)K2導(dǎo)通、Kl斷開(kāi)時(shí),自耦變壓器Tl中與雙向開(kāi)關(guān)K2相連的線圈直接與交流輸入電網(wǎng)V連通,該線圈上的電流返回交流輸入電網(wǎng)V;交流輸入電網(wǎng) V與升壓電感Ll串聯(lián)通過(guò)自耦變壓器Tl上與雙向開(kāi)關(guān)Kl相連的線圈、前橋臂上的二極管 Dl和后橋臂上的二極管D6給負(fù)載R供電,并給母線濾波電容C3充電,升壓電感Ll可能處于充電狀態(tài),也可能處于放電狀態(tài),這取決于交流輸入電網(wǎng)V的瞬時(shí)電壓值。同樣的,此時(shí)自耦變壓器Tl的中心抽頭上的電壓,即升壓電感Ll的輸出端對(duì)母線負(fù)端的電壓為母線電壓的一半200V。狀態(tài)三如圖5所示,當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)ΚΙ、K2的工作占空比小于50%時(shí),雙向開(kāi)關(guān)ΚΙ、K2就存在同時(shí)斷開(kāi)的情況。此時(shí),交流輸入電網(wǎng)V與升壓電感Ll串聯(lián)分別通過(guò)自耦變壓器Tl的兩個(gè)線圈、兩個(gè)前橋臂上的二極管Dl、D3和后橋臂上的二極管D6給負(fù)載R提供電壓,并給母線濾波電容C3充電,自藕變壓器被短路,升壓電感Ll處于放電狀態(tài)。在交流輸入電網(wǎng)V電壓的負(fù)半周期中,三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路也有上述三種工作狀態(tài),其原理與正半周期中的工作狀態(tài)相同,只是在三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路中的電流方向相反,電流在各橋臂上流經(jīng)的二極管不同。如圖6所示,在交流輸入電網(wǎng)V電壓的負(fù)半周期中,狀態(tài)一自耦變壓器Tl的兩個(gè)線圈分別被雙向開(kāi)關(guān)K1、K2短路,交流輸入電網(wǎng)V給升壓電感Ll充電,而負(fù)載R上的電壓由母線濾波電容C3提供。狀態(tài)二如圖7a所示,當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)Kl導(dǎo)通、K2斷開(kāi)時(shí),自耦變壓器Tl中與雙向開(kāi)關(guān)Kl相連的線圈直接與交流輸入電網(wǎng)V連通,該線圈上的電流返回交流輸入電網(wǎng)V;交流輸入電網(wǎng) V與升壓電感Ll串聯(lián)通過(guò)自耦變壓器Tl上與雙向開(kāi)關(guān)K2相連的線圈、前橋臂上的二極管 D4和后橋臂上的二極管D5給負(fù)載R供電,并給母線濾波電容C3充電,升壓電感Ll可能處于充電狀態(tài),也可能處于放電狀態(tài),這取決于交流輸入電網(wǎng)V的瞬時(shí)電壓值。此時(shí),負(fù)載端的母線電壓為400V,自藕變壓器Tl的兩個(gè)線圈分別通過(guò)導(dǎo)通的二極管D5和D4與母線的正負(fù)端相連,由于兩個(gè)線圈流過(guò)的電流均為升壓電感Ll電流的一半。所以自耦變壓器Tl的中心抽頭上的電壓,即升壓電感Ll的輸出端對(duì)母線負(fù)端的電壓為母線電壓的一半200V。如圖7b所示,當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)K2導(dǎo)通、Kl斷開(kāi)時(shí),自耦變壓器Tl中與雙向開(kāi)關(guān)K2相連的線圈直接與交流輸入電網(wǎng)V連通,該線圈上的電流返回交流輸入電網(wǎng)V;交流輸入電網(wǎng) V與升壓電感Ll串聯(lián)通過(guò)自耦變壓器Tl上與雙向開(kāi)關(guān)Kl相連的線圈、前橋臂上的二極管 D2和后橋臂上的二極管D5給負(fù)載R供電,并給母線濾波電容C3充電,升壓電感Ll可能處于充電狀態(tài),也可能處于放電狀態(tài),這取決于交流輸入電網(wǎng)V的瞬時(shí)電壓值。同樣的,此時(shí)自耦變壓器Tl的中心抽頭上的電壓,即升壓電感Ll的輸出端對(duì)母線負(fù)端的電壓為母線電壓的一半200V。狀態(tài)三如圖8所示,此時(shí),交流輸入電網(wǎng)V與升壓電感Ll串聯(lián)分別通過(guò)自耦變壓器Tl中的兩個(gè)線圈、前橋臂上的二極管D2、D4以及后橋臂上的二極管D5給負(fù)載R提供電壓,并給母線濾波電容C3充電,自藕變壓器被短路,升壓電感Ll處于放電狀態(tài)。采用三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路,在一個(gè)PWM開(kāi)關(guān)周期內(nèi),升壓電感Ll經(jīng)歷了兩次充電和放電,因此減小了升壓電感Ll和母線濾波電容C3上的紋波,則流經(jīng)雙向開(kāi)關(guān)S1-S2、S3-S4 的晶體管上的電流有效值更小,提高了轉(zhuǎn)換效率;并且升壓電感Ll上紋波的頻率是PWM開(kāi)關(guān)頻率的兩倍,所以升壓電感Ll的電感量可以減少一半,使電路的體積更小,獲得更高的功率密度,故而解決了現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率和功率密度較低的技術(shù)問(wèn)題。除此之外,由于自耦變壓器Tl的兩個(gè)線圈是對(duì)稱的,所以從兩個(gè)線圈流出的電流也更加均衡,克服了交錯(cuò)并聯(lián)方案中由于器件參數(shù)的差異導(dǎo)致的電流不能均勻分配的問(wèn)題。由于采用了三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路,升壓電感Ll的輸出端相對(duì)于交流輸入電網(wǎng)V共有5種電壓0V,士200V,士400V ;而傳統(tǒng)交錯(cuò)并聯(lián)的技術(shù)方案中只有三種電壓0V,士400V。因此本發(fā)明實(shí)施例提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器的雙向開(kāi)關(guān)損耗更低;并且輸入電壓更接近正弦波,因此總諧波失真(THD)、功率因數(shù)的指標(biāo)也更好。如果采用更多組雙向開(kāi)關(guān),升壓電感的輸出端相對(duì)于交流輸入電網(wǎng)V電壓就會(huì)出現(xiàn)更多種數(shù)值,輸入電壓就更加接近正弦波,實(shí)現(xiàn)更高的技術(shù)指標(biāo)。采用的雙向開(kāi)關(guān)的越多,輸入電壓就越接近正弦波,有益效果越明顯。本發(fā)明實(shí)施例中,兩個(gè)前橋臂由兩個(gè)快速開(kāi)關(guān)二極管同向串聯(lián)構(gòu)成。因?yàn)榍皹虮鄱O管所承受的電壓從0到400V按PWM開(kāi)關(guān)頻率(例如50kHz)變化,因此需要反向恢復(fù)快的快速開(kāi)關(guān)二極管,而后橋臂二極管承受電壓從0到400V的是按2倍電網(wǎng)頻率(例如 100Hz)變化,因此采用成本較低的慢速整流二極管,就能夠滿足需求。當(dāng)然也可以采用MOS 管或者快速二極管代替慢速整流二極管,進(jìn)一步提高效率。雙向開(kāi)關(guān)包括二極管、MOS管、晶體三極管,三種器件中的一種或多種,以組合形式構(gòu)成,當(dāng)然也可以采用其他晶體管的組合形式構(gòu)成。如圖1和圖9a所示,本實(shí)施例采用了二極管與MOS管組合的形式實(shí)現(xiàn)雙向開(kāi)關(guān),或者用晶體三極管代替MOS管,如圖9b所示。圖9c 9f為二極管、MOS管、晶體三極管以其他組合構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式。實(shí)施例2 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同,其不同點(diǎn)在于如圖10所示,本實(shí)施例中,升壓電感集成在所述自耦變壓器中。對(duì)于小功率的應(yīng)用,可以將升壓電感集成到自耦變壓器中,通過(guò)調(diào)整自耦變壓器的耦合系數(shù)M來(lái)獲取所需的升壓電感值,進(jìn)一步減小變換器的體積和成本。
實(shí)施例3 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同,其不同點(diǎn)在于如圖11所示,本實(shí)施例中,還包括兩個(gè)用于抑制共模噪聲干擾的箝位電容Cl、C2,兩個(gè)箝位電容Cl、C2的一端分別連接至交流輸入電網(wǎng)的兩端,兩個(gè)箝位電容C1、C2的另一端相連,并連接至母線濾波電容C3的一端。 兩個(gè)箝位電容Cl、C2能夠抑制電磁干擾,尤其是共模噪聲干擾。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換設(shè)備,包括上述功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器、交流輸入電網(wǎng)和負(fù)載;交流輸入電網(wǎng)的一端與每組雙向開(kāi)關(guān)的后端相連,交流輸入電網(wǎng)的另一端與升壓電感的輸入端相連;負(fù)載的兩端分別與母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連。實(shí)施例4 本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換設(shè)備具有兩組雙向開(kāi)關(guān),因?yàn)樽择钭儔浩髦械木€圈以及前橋臂與雙向開(kāi)關(guān)是一一對(duì)應(yīng)的,所以本發(fā)明實(shí)施例中,自耦變壓器的線圈以及前橋臂均為兩個(gè),并且為達(dá)到更好的技術(shù)效果,選取兩個(gè)線圈的匝數(shù)相等的自耦變壓器。采用三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路,在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi),升壓電感經(jīng)歷了兩次充電和放電,因此減小了升壓電感和母線濾波電容上的紋波,則流經(jīng)雙向開(kāi)關(guān)的晶體管上的電流有效值更小,提高了轉(zhuǎn)換效率;并且升壓電感上紋波的頻率是開(kāi)關(guān)頻率的兩倍,所以升壓電感的電感量可以減少一半,使電路的體積更小,獲得更高的功率密度,故而解決了現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率和功率密度較低的技術(shù)問(wèn)題。除此之外,由于自耦變壓器的兩個(gè)線圈是對(duì)稱的,所以從兩個(gè)線圈流出的電流也更加均衡,克服了交錯(cuò)并聯(lián)方案中由于器件參數(shù)的差異導(dǎo)致的電流不能均勻分配的問(wèn)題。 由于采用了三態(tài)開(kāi)關(guān)單元電路,升壓電感的輸出端相對(duì)于交流輸入電網(wǎng)共有5種電壓0V, 士200V,士400V;而傳統(tǒng)交錯(cuò)并聯(lián)的技術(shù)方案中只有三種電壓0V,士400V。因此本發(fā)明實(shí)施例提供的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器的雙向開(kāi)關(guān)損耗更低;并且輸入電壓更接近正弦波,因此總諧波失真(THD)、功率因數(shù)的指標(biāo)也更好。如果采用更多組雙向開(kāi)關(guān),升壓電感的輸出端相對(duì)于交流輸入電網(wǎng)電壓就會(huì)出現(xiàn)更多種數(shù)值,輸入電壓就更加接近正弦波,實(shí)現(xiàn)更高的技術(shù)指標(biāo)。采用的雙向開(kāi)關(guān)的越多,輸入電壓就越接近正弦波,有益效果越明顯。由于本發(fā)明實(shí)施例與上述本發(fā)明實(shí)施例所提供的搬運(yùn)裝置具有相同的技術(shù)特征, 所以也能產(chǎn)生相同的技術(shù)效果,解決相同的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)施例中,還包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器;雙向開(kāi)關(guān)包括MOS管或晶體三極管;PWM控制器與MOS管的柵極相連,或者與晶體三極管的基極相連。PWM載波信號(hào)為相差180度的鋸齒波,并且該P(yáng)WM的占空比命令由PFC控制電路給出,實(shí)現(xiàn)雙向開(kāi)關(guān)的多種工作狀態(tài)。以上所述,僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器,其特征在于包括至少兩組雙向開(kāi)關(guān)、自耦變壓器、升壓電感、母線濾波電容、至少兩個(gè)前橋臂和一個(gè)后橋臂;每組所述雙向開(kāi)關(guān)的前端各與所述自耦變壓器的一個(gè)線圈一一對(duì)應(yīng)相連,每組所述雙向開(kāi)關(guān)的后端用于連接至交流輸入電網(wǎng)的一端;所述自耦變壓器的中心抽頭與所述升壓電感的輸出端相連,所述升壓電感的輸入端用于連接至交流輸入電網(wǎng)的另一端,或者,所述自耦變壓器的中心抽頭用于連接至交流輸入電網(wǎng)的另一端,所述升壓電感集成在所述自耦變壓器中;所述至少兩組雙向開(kāi)關(guān)的前端各與一個(gè)所述前橋臂的中節(jié)點(diǎn)相連,所述至少兩組雙向開(kāi)關(guān)的后端連接在所述后橋臂的中節(jié)點(diǎn)上;所述前橋臂均包括兩個(gè)同向串聯(lián)的二極管,且所述中節(jié)點(diǎn)位于所述兩個(gè)二極管之間, 所述前橋臂的兩端分別與所述母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連;所述后橋臂包括兩個(gè)同向串聯(lián)的二極管,且所述中節(jié)點(diǎn)位于所述兩個(gè)二極管之間,所述后橋臂的兩端分別與所述母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器,其特征在于所述至少兩組雙向開(kāi)關(guān)為兩組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器,其特征在于所述自耦變壓器的每個(gè)線圈的匝數(shù)相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器,其特征在于所述至少兩個(gè)前橋臂均由兩個(gè)快速二極管同向串聯(lián)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器,其特征在于還包括防護(hù)橋臂,所述防護(hù)橋臂包括兩個(gè)同向串聯(lián)的防護(hù)二極管,所述兩個(gè)防護(hù)二極管之間的中節(jié)點(diǎn)與所述升壓電感的輸入端相連,所述防護(hù)橋臂的兩端分別與所述母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器,其特征在于還包括兩個(gè)用于抑制共模噪聲干擾箝位電容,所述兩個(gè)箝位電容的一端分別用于連接至交流輸入電網(wǎng)的兩端,所述兩個(gè)箝位電容的另一端相連,并連接至所述母線濾波電容的一端。
7.—種功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換設(shè)備,其特征在于包括權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器、交流輸入電網(wǎng)和負(fù)載;所述交流輸入電網(wǎng)的一端與每組所述雙向開(kāi)關(guān)的后端相連,所述交流輸入電網(wǎng)的另一端與所述升壓電感的輸入端相連;所述負(fù)載的兩端分別與所述母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換設(shè)備,其特征在于還包括脈沖寬度調(diào)制控制器;所述雙向開(kāi)關(guān)包括MOS管或晶體三極管;所述脈沖寬度調(diào)制控制器與所述MOS管的柵極相連,或者與所述晶體三極管的基極相連。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器以及功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換設(shè)備,屬于電源整流技術(shù)領(lǐng)域,解決了現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)換效率和功率密度較低的技術(shù)問(wèn)題。該功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器,包括至少兩組雙向開(kāi)關(guān)、自耦變壓器、升壓電感、母線濾波電容、至少兩個(gè)前橋臂和一個(gè)后橋臂,其前端各與自耦變壓器的一個(gè)線圈一一對(duì)應(yīng)相連,其后端用于連接至交流輸入電網(wǎng)的一端;自耦變壓器的中心抽頭與升壓電感的輸出端相連,升壓電感的輸入端用于連接至交流輸入電網(wǎng)的另一端;每組雙向開(kāi)關(guān)的前端各與一個(gè)前橋臂相連,后端連接在后橋臂上;前橋臂和后橋臂的兩端分別與母線濾波電容的兩端對(duì)應(yīng)相連。該功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換設(shè)備包括上述功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明應(yīng)用于電源整流。
文檔編號(hào)H02M7/12GK102301574SQ201180001243
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
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