[发明专利]具有正反馈电路的无桥升压转换器

说明书

相关申请

本申请基于于2005年3月31日提交的序号为60/666,950的美国临时专利申请(IR-2965PROV)并要求其优先权，结合于此作为参考。

本申请是于2004年9月29日提交的序号为10/953,344的美国申请的部分延续(IR-2593)，结合于此作为参考，本申请基于于2003年10月1日提交的序号为60/507,901的美国临时专利申请并要求其优先权，结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及具有PFC(正反馈电路)的无桥升压转换器，尤其涉及例如可应用于空调中的转换器电路。

背景技术

在所有工业化和新兴国家，由环境变化推动的对屋内空调系统的增加的需求已经开始影响夏天的能量消耗。

新的政府规定以及更多对能量有意识的消费者要求更好的能量有效系统。然而，在造价、可靠性和易于设计方面，找到一种能满足全部效率和控制的标准的能量管理电路解决方案对设计者们来说是一大挑战。

对家庭市场消费品的设计者们而言，对节电的探索尤为重要。复杂性增加的一个要素是，根据欧洲和中国的新规定，输入转换器与功率因数调节同阶。

由于几乎每个国家都存在严重的能源问题，通过提高诸如洗衣机、热水器以及特别是空调等用品的能效，政府已经部署了欲大量减少能源消耗方面浪费的计划。

不仅在美国和日本，而且在欧洲和包括中国和印度在内的许多新兴国家，室内和住宅空调开始具有大的突破。

在美国，能源部门最近已对大部分典型的用品颁布了多种新能效标准。在欧洲和日本，类似的发起已开始执行。

住宅空调市场(全世界约35M个单位制造)对能效计划而言天生是一种“高影响力产品”。

在美国，空调和热泵的最终规定已建立了严格的最小效率标准，于2006年1月23日起效。通过减少空调系统的SEER(季节能效比)，可减少50％-75％的年度运行费用。

对于空调系统而言，经济上的节约通常更高，因为与其他用具应用相比压缩机具有内部更大功率。

然而，如果不更广阔地采用变速压缩机传动标准AC(交流)感应或BLDC(直流无刷)压缩机，这些节约几乎是不可能实现的。然而，采用用于控制电机的电子反相器通常不足以获得这些结果。

由于输入大容量电容器仅对电压正弦波峰值充电，从而感应电流峰值，如图所示1，因此前置在这些反相器电路中(以及在线性和开关模式电源中)的桥式整流器/电容器给干线提供很高的非线性负载。

因此非正弦电流脉冲包含基行频谐波，每个谐波都具有重要的内能。

这些低功率因素和谐波干扰的综合影响被乘以大量的经常同时操作的相似系统，减少了供电网容量，实质上加重了能源问题，导致配电中断和不足。因此，为了按照国内和国际标准高效地操作，该类型的电子电机控制要求对输入端采用功率因素补偿电路。

现行标准EN/IEC61000-3-2有4个产品类别，每个都具有自身对谐波电流和功率因数的极限组值。

EN61000-3-2标准应用于达到每相16安培的全部产品且现行标准将所有电机驱动设备分为A类，该标准受到最严格的极限值约束。工业上已采用多种方法来解决该问题。

最简单的解决办法是无源PFC拓扑，其中例如简单电感与干线直接串联。对于屋内空调装置的功率电平，这种斯巴达方法有很多限制：电感的尺寸和重量、造价以及低功率因数补偿性能。

要获得更好的性能，唯一可行选择就是采用有源PFC拓扑。然而，有源PFC电路更复杂并且要求更多元件，如果有源PFC电路选择不得当，可能会影响系统的总效率。

图4的拓扑常用作对通用AC电源输入中的转换器的预调节器。转换器可以是电源或电机驱动器或其他任何要求符合输电线质量标准的功率电子电路。

使用包含二极管D的离线桥式整流器，其后串联有电感L和分流开关M。感应储能被释放到存储电感器C以形成可调节的低波纹电压DC输出。该电路适当升到约2.5KW的功率电平。

由图4可见，从AC输入到DC负载的功率通量包括整流器内的两个二极管压降和升压二极管DB内的一个压降。另外，还有与电流传感电阻R有关的压降。

在能量管理电路设计方面增加的复杂性对工程师和厂家进一步增加了挑战。

目前可将半导体制造和组装工艺方面的改进应用于用具和轻工业市场的电力应用以帮助解决这些新问题。

在反相器应用中，将所有功率半导体集成到单电源组的趋势可以很容易地扩展到输入转换器以从事并帮助解决功率调节。

发明内容