專利名稱：一種利用削峰填谷消除工頻紋波的功率因數(shù)校正變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種消除功率因數(shù)校正變換器エ頻紋波的方法及其裝置，尤其涉及消除エ頻紋波的AC/DC，隔離和非隔離式開關(guān)變換方法。
背景技術(shù)：
近年來，電カ電子技術(shù)迅速發(fā)展，作為電カ電子領(lǐng)域重要組成部分的電源技術(shù)逐漸成為應(yīng)用和研究的熱點(diǎn)。電源作為各種電子設(shè)備必不可少的組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)安全性和可靠性的高低。隨著電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)的進(jìn)步，開關(guān)電源以其高效率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)確立了其在電源領(lǐng)域中的主流地位。開關(guān)電源多數(shù)是通過整流器接入電網(wǎng)的，傳統(tǒng)的整流器是由ニ極管或晶閘管組成的ー個(gè)非線性電路。因此，傳統(tǒng)的開關(guān)電源存在ー個(gè)致命的弱點(diǎn)，即功率因數(shù)較低(一般僅為0. 45 0. 75)， 它在電網(wǎng)中會(huì)產(chǎn)生大量的電流諧波和無功功率進(jìn)而污染電網(wǎng)，目前開關(guān)電源現(xiàn)已成為電網(wǎng)中最主要的諧波源之一。針對高次諧波的危害，從1992年起國際上開始以立法的形式限制高次諧波，傳統(tǒng)整流器因諧波遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)而面臨前所未有的挑戰(zhàn)。抑制開關(guān)電源產(chǎn)生諧波的方法主要有兩種一是被動(dòng)法，即采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或消除諧波；ニ是主動(dòng)法，即設(shè)計(jì)新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、諧波含量低以及功率因數(shù)高等特點(diǎn)，即具有功率因數(shù)校正功能。開關(guān)電源功率因數(shù)校正研究的重點(diǎn)，主要是功率因數(shù)校正電路拓?fù)涞难芯亢凸β室驍?shù)校正控制集成電路的開發(fā)?，F(xiàn)有BucKBoost.Buck-Boost等多種功率因數(shù)校正電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。功率因數(shù)校正控制集成電路負(fù)責(zé)檢測變換器的工作狀態(tài)，并產(chǎn)生脈沖信號控制開關(guān)裝置，調(diào)節(jié)傳遞給負(fù)載的能量以穩(wěn)定輸出；同時(shí)保證開關(guān)電源的輸入電流跟蹤電網(wǎng)輸入電壓，實(shí)現(xiàn)接近于I的功率因數(shù)。傳統(tǒng)的有源功率因數(shù)校正變換器其直流輸出電壓包含有二倍エ頻紋波，若二倍エ頻輸出電壓紋波被引入功率因數(shù)校正控制器中，會(huì)使功率因數(shù)校正變換器的輸入電流含有三次諧波電流成分，降低了功率因數(shù)校正變換器的輸入功率因數(shù)。因此傳統(tǒng)有源功率因數(shù)校正變換器的直流輸出電壓反饋控制環(huán)截止頻率低(一般僅為10 20Hz)，這嚴(yán)重影響功率因數(shù)校正變換器對負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。此外，由于有源功率因數(shù)校正變換器的直流輸出電壓紋波較大，需在功率因數(shù)校正變換器輸出端再接ー個(gè)DC/DC變換器來提高負(fù)載直流輸出電壓的穩(wěn)態(tài)精度和對負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。在傳統(tǒng)高功率因數(shù)的應(yīng)用電路中，輸入電流嚴(yán)格跟蹤輸入交流電壓，交流輸入側(cè)的輸入功率也是變化的，其變化頻率為交流輸入電壓頻率的兩倍，經(jīng)過功率變換后，直流輸出端濾波器上會(huì)有兩倍エ頻紋波；且高功率因數(shù)的AC/DC變換器帶寬小、動(dòng)態(tài)性能差，輸出紋波通常是額定輸出的2% 20%。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供ー種利用削峰填谷消除エ頻紋波的功率因數(shù)校正變換器，使其動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好、效率高，適用于各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的単相PFC變換器。其中雙向DC/DC變換器能量緩沖裝置電壓反饋的方法，還可用在消除輸入電流含有二倍エ頻紋波的DC/AC轉(zhuǎn)換器中，用來設(shè)定雙向DC/DC變換器能量緩沖裝置上的平均電壓值。其具體實(shí)現(xiàn)方式為利用削峰填谷消除エ頻紋波的功率因數(shù)校正變換裝置，由濾波整流器，単相PFC變換器等組成，在AC/DC単相PFC變換器中并入ー個(gè)額外的雙向DC/DC變換器，単相PFC變換器的直流輸出電容Cl連接到雙向DC/DC變換器的輸入端，并與負(fù)載R并聯(lián)；雙向DC/DC變換器的另一端接能量緩沖電容C2。

圖I為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施案例一，一種隔離型AC/DC恒流輸出變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3，4本實(shí)用新型為實(shí)施例一的仿真波形，仿真條件輸入電壓110Vac/50Hz，300mA恒流負(fù)載。flyback PFC工作在臨界連續(xù)導(dǎo)電模式，采用電壓模式控制；紋波補(bǔ)償雙向DC/DC變換器采用Buck-Boost結(jié)構(gòu)，控制方式為電壓模式控制。圖3為穩(wěn)態(tài)情況下，雙向DC/DC變換器輸出電壓儲能電容C2上的電壓Vout in C2、単相PFC變換器輸出電容Cl上的電壓Vout in Cl、以及最終負(fù)載電流I_out?？梢娪捎陔p向變換器輸出電容C2儲存和釋放能量，C2上形成了二倍エ頻紋波，而與負(fù)載R并聯(lián)的電容Cl上得到了穩(wěn)定的直流輸出電壓。圖4為滿負(fù)載情況下交流輸入電壓Vin_ac與交流輸入電流Iin_ac的波形，可見輸入電流Iin_ac很好的跟蹤了輸入電壓Vin_ac。圖5為本實(shí)用新型實(shí)施案例ニ，ー種非隔離型DC/AC恒壓輸出變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
圖I中可看到本實(shí)用新型的基本方案，利用削峰填谷消除エ頻紋波的功率因數(shù)校正變換器，由濾波整流器，単相PFC變換器等組成，其特征在干，在AC/DC単相PFC變換器(單級AC/DC)中并入ー個(gè)額外的雙向DC/DC變換器，単相PFC變換器的直流輸出電容Cl連接到雙向DC/DC變換器的輸入端，并與負(fù)載R并聯(lián)；雙向DC/DC變換器的另一端接能量緩沖電容C2。實(shí)施例一圖2示出，本實(shí)用新型的ー種具體實(shí)施方式
為，一種開關(guān)電源的控制方法，采用隔離型AC/DC恒流輸出的變換方式，其具體作法是交流輸入Vac經(jīng)過EMI和整流橋Dbridge,接flyback電路。通過單級具有PFC功能的flyback變換器，其直流輸出電容Cl的上端接LED串的上端，LED串的下端接電流檢測電阻RS，RS的下端接Cl的下端。單相flyback PFC變換器直流輸出電容Cl與雙向Buck-Boost DC/DC變換器具有升壓輸出的輸入端并聯(lián)，儲能電容C2接雙向Buck-BoostDC/DC變換器的降壓輸出端。単相flyback PFC變換器工作于臨界連續(xù)導(dǎo)電模式。Vrefl是相對于Vout-的參考電壓，作為恒流輸出的設(shè)定值，Rs用來檢測流過LED燈的電流，電流檢測電壓Vrs與Vrefl進(jìn)入環(huán)路控制模塊，通過誤差放大器EAl，光耦隔離到SPFC控制器，通過調(diào)制形成開關(guān)管Ql的控制脈沖信號。雙向Buck-Boost變換器也以Vr s作為反饋信號并與設(shè)定值Vrefl進(jìn)入誤差放大器EA1，Re與Ce是雙向DC/DC變換器的環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。Vref2是相對于Vout-的參考電壓，用來設(shè)定儲能電容C2上的穩(wěn)態(tài)平均電壓，C2上的電壓與Vref2通過誤差放大器EA2后與EAl共用環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)?？刂破鞲鶕?jù)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)輸出信號形成開關(guān)管Q2，Q3的脈沖控制信號。實(shí)施例ニ圖5示出，本實(shí)用新型的ー種具體實(shí)施方式
為，一種開關(guān)電源的控制方法，采用非隔離型DC/AC恒壓輸出的變換方式，其具體作法是直流輸入El接Boost升壓電路的電感LI，由LI、Ql、Q2組成非隔離升壓電路。Vrefl是相對于Vout-的參考電壓，用來設(shè)定逆變器的前級電容Cl上的直流電壓Vout+。Vout+與Vrefl通過誤差放大器EA產(chǎn)生占空比控制電平信號，經(jīng)過控制器I的調(diào)制形成開關(guān)管Q1、Q2的脈沖控制信號。電容Cl接雙向DC/DC變換器的輸入端(降壓端)，雙向DC/DC變換器的輸出端接儲能電容C2。Vout+與Vrefl通過誤差放大器EAl產(chǎn)生占空比控制電平信號，接環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)Re、Ce。Vref2是相對于Vout-的參考電壓，用來設(shè)定儲能電容C2上的直流電壓VC2，VC2與Vref2通過誤差放大器EA2產(chǎn)生占空比控制電平信號，并與EAl的輸出共用補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過控制器2的調(diào)制形成開關(guān)管Q3、Q4的脈沖控制信號。
權(quán)利要求1.一種利用削峰填谷消除工頻紋波的功率因數(shù)校正變換器，由濾波整流器，單相PFC變換器等組成，其特征在于，在AC/DC單相PFC變換器中并入一個(gè)額外的雙向DC/DC變換器，單相PFC變換器的直流輸出電容Cl連接到雙向DC/DC變換器的輸入端，并與負(fù)載R并聯(lián)；雙向DC/DC變換器的另一端接能量緩沖電容C2。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種利用削峰填谷消除工頻紋波的功率因數(shù)校正變換器，由濾波整流器，單相PFC變換器等組成，在AC/DC單相PFC變換器中并入一個(gè)額外的雙向DC/DC變換器，單相PFC變換器的直流輸出電容C1連接到雙向DC/DC變換器的輸入端，并與負(fù)載R并聯(lián)；雙向DC/DC變換器的另一端接能量緩沖電容C2。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了消除功率因數(shù)校正變換器工頻紋波電壓或者紋波電流的問題，克服了使用大容量電容來降低功率因數(shù)校正變換器工頻紋波而引起的成本高和使用級聯(lián)的兩級變換器帶來效率低等問題。
文檔編號H02M1/42GK202406018SQ201220010069
公開日2012年8月29日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者張斐, 許建平, 閻鐵生, 高建龍 申請人:西南交通大學(xué)