專利名稱：高功率因數(shù)變換器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型的高功率因數(shù)變換器，特別是應用于高效率、低輸入電流諧波的功率因數(shù)校正電路場合。
背景技術：
由于目前大多數(shù)用電設備中的非線性元件和儲能元件的存在會使輸入交流電流波形發(fā)生嚴重畸變，網側輸入功率因數(shù)很低，為了滿足國際標準IEC61000-3-2的諧波要求，必須在這些用電設備中加入功率因素校正裝置(PFC)。傳統(tǒng)的有源功率因素校正電路一般采用Boost (升壓)拓撲、Buck-boost (升降壓)拓撲或Buck (降壓型)拓撲。其中,Boost拓撲具有控制容易，驅動簡單以及在整個工頻周期內都可以進行開關工作，輸入電流的功率因數(shù)可以接近于I等特點；但是Boost電路具有輸出電壓高的缺點，而且在寬范圍輸入(90Vac-265Vac )條件下，在低電壓段(90Vac_l IOVac )效率會比高壓段(220Vac_265Vac )低1-3%。而采用Buck-boost(升降壓)拓撲，電路損耗相對Buck拓撲會大一些。在小功率應用場合，Buck (降壓)拓撲能夠在整個輸入電壓范圍內保持較高效率。由于工業(yè)上的熱設計都是根據(jù)效率最低點來設計的，因此Buck拓撲的熱設計也比Boost(升壓)拓撲和Buck-boost(升降壓)拓撲簡單。所以，目前Buck (降壓型)拓撲被越來越多地用到工業(yè)產品中，如中小功率的直流-直流變換器的前級PFC電路或者單級LED驅動器等，如圖1所示。然而，Buck (降壓型)拓撲應用于PFC電路，在整流后的輸入電壓Vin小于輸出電壓V0的區(qū)間內，輸入電流ia。為零，如圖2所示。這段死區(qū)時間極大程度地增加了輸入電流諧波，影響了網側輸入功率因數(shù)。
發(fā)明內容
針對上述不足，本實用新型提出了一種高功率因數(shù)變換器。本實用新型提出的新型的變換器拓撲可通過對開關管的控制實現(xiàn)PFC功能，并且使得輸入電流ia。在Vin小于輸出電壓V。的區(qū)間內有電流。從而解決了前文所述的傳統(tǒng)Buck (降壓型)拓撲應用于PFC電路功率因數(shù)較低的問題。本實用新型提出的高功率因數(shù)變換器包括交流輸入電源Va。、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6、電感L、輸出二極管D。、開關管Q1、開關管Q2、輸出電容器C。以及負載RlMd。交流輸入電源Va。的一端接二極管D1的陽極、二極管D3的陰極和二極管D5的陰極，交流輸入電源Va。的另一端接二極管D2的陽極、二極管D4的陰極和二極管隊的陰極，二極管D1的陰極接二極管D2的陰極、輸出二極管D。的陰極和電感L的一端，電感L的另一端接開關管Q2的漏極、輸出電容器C。的正端和負載Rlrad的一端，輸出電容器C0的負端接負載Rltjad的另一端、開關管Q1的漏極和輸出二極管D。的陽極，二極管D3的陽極接二極管D4的陽極和開關管Q1的源極，二極管D5的陽極接二極管D6的陽極和開關管Q2的源極。采用本實用新型提出的高功率因數(shù)變換器，至少可以達到以下有益效果:[0007](I)兼具Buck電路和Buck-boost電路二者的功能和優(yōu)點，通過合適控制既可實現(xiàn)Buck-boost電路功能,又可實現(xiàn)Buck電路功能，因此電路功能靈活。(2)在應用于PFC電路時，相對傳統(tǒng)非隔離Buck PFC電路，提升了輸入交流進線的功率因數(shù)，降低了電流諧波含量；相對傳統(tǒng)非隔離Buck-boost PFC電路，提升了電路工作效率。(3)相對傳統(tǒng)非隔離Buck電路，僅增加了兩個二極管和一個開關管，開關控制策略實現(xiàn)簡單，電路總體成本增加不多卻可實現(xiàn)如上所述的性能的提升。

圖1為Buck PFC電路系統(tǒng)結構圖；圖2為Buck PFC電路波形圖；圖3為本實用新型提出的高功率因數(shù)變換器；圖4a為本實用新型提出的高功率因數(shù)變換器工作模態(tài)I的等效電路圖；圖4b為本實用新型提出的高功率因數(shù)變換器工作模態(tài)I1、IV、V1、VIII的等效電路圖；圖4c為本實用新型提出的高功率因數(shù)變換器工作模態(tài)III的等效電路圖；圖4d為本實用新型提出的高功率因數(shù)變換器工作模態(tài)V的等效電路圖；圖4e為本實用新型提出的高功率因數(shù)變換器工作模態(tài)VII的等效電路圖；圖5為本實用新型提出的高功率因數(shù)變換器實現(xiàn)的電路波形圖；圖6為本實用新型的第一具體實施例；圖7為圖6所示具體實施例中的主要波形圖；圖8為本實用新型的第二具體實施例。
具體實施方式
如圖3所示，本實用新型提出的高功率因數(shù)變換器拓撲包括交流輸入電源Va。、二極管D1 D6、電感L、輸出二極管D。、開關管Q1、開關管Q2、輸出電容器C。以及負載RlMd。其中，交流輸入電源\c的一端接二極管D1的陽極、二極管D3的陰極和二極管D5的陰極，交流輸入電源Va。的另一端接二極管D2的陽極、二極管D4的陰極和二極管D6的陰極，二極管D1的陰極接二極管D2的陰極、輸出二極管D。的陰極和電感L的一端，電感L的另一端接開關管％的漏極、輸出電容器C。的正端和負載Rltjad的一端,輸出電容器C。的負端接負載Rlrad的另一端、開關管Q1的漏極和輸出二極管D。的陽極，二極管D3的陽極接二極管D4的陽極和開關管Q1的源極，二極管D5的陽極接二極管D6的陽極和開關管Q2的源極。其中，開關管Q1可以為不同類型的開關器件，優(yōu)選MOS管、三極管和IGBT等。其中，開關管Q2可以為不同類型的開關器件，優(yōu)選MOS管、三極管和IGBT等。其中,輸出電容器C。在某些應用場合可以省掉,如負載為LED或電池。其中，負載Rltjad可以是電阻負載、LED負載、電池或者后級電路。在一個線電壓周期中，該電路有八種不同的工作狀態(tài)和五種等效電路，等效電路如圖3所示，開關管組合狀態(tài)與輸入電壓、電流關系與表I所示。表I本實用新型的高功率因數(shù)變換器開關管組合狀態(tài)與輸入電壓、電流關系[0029]
權利要求1.高功率因數(shù)變換器，包括交流輸入電源Va。、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6、電感L、輸出二極管D。、開關管Q1、開關管Q2、輸出電容器C。以及負載Rltjad，其特征在于:交流輸入電源\c的一端接二極管D1的陽極、二極管D3的陰極和二極管05的陰極，交流輸入電源Va。的另一端接二極管D2的陽極、二極管D4的陰極和二極管D6的陰極，二極管D1的陰極接二極管D2的陰極、輸出二極管D。的陰極和電感L的一端，電感L的另一端接開關管Q2的漏極、輸出電容器C。的正端和負載Rlrad的一端，輸出電容器C。的負端接負載Rlrad的另一端、開關管Q1的漏極和輸出二極管D。的陽極，二極管D3的陽極接二極管D4的陽極和開關管Q1的源極，二極管D5的陽極接二極管D6的陽極和開關管Q2的源極。
2.根據(jù)權利要求1所述的高功率因數(shù)變換器，其特征在于:所述的開關管Q1和開關管Q2為MOS管、三極管或IGBT。
3.根據(jù)權利要求1所述的高功率因數(shù)變換器，其特征在于:負載Rltjad為電阻負載、LED、電池或者后級電路。
4.根據(jù)權利要求3所述的高功率因數(shù)變換器，其特征在于:當負載Rltjad為LED或電池時，輸出電容器C。省掉。
專利摘要本實用新型涉及一種高功率因數(shù)變換器。本實用新型中交流輸入電源的一端接二極管D1的陽極、二極管D3的陰極和二極管D5的陰極，另一端接二極管D2的陽極、二極管D4的陰極和二極管D6的陰極，二極管D1的陰極接二極管D2的陰極、輸出二極管Do的陰極和電感的一端，電感的另一端接開關管Q2的漏極、輸出電容器的正端和負載的一端，輸出電容器的負端接負載的另一端、開關管Q1的漏極和輸出二極管的陽極，二極管D3的陽極接二極管D4的陽極和開關管Q1的源極，二極管D5的陽極接二極管D6的陽極和開關管Q2的源極。本實用新型通過合適控制既可實現(xiàn)Buck-boost電路功能，又可實現(xiàn)Buck電路功能。
文檔編號H02M1/42GK202949357SQ201220620000
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權日2012年11月20日
發(fā)明者謝小高, 趙晨, 藍舟 申請人:杭州電子科技大學