[发明专利]无源箝位单相单级桥式功率因数校正变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率因数校正技术，属于电力电子领域。

背景技术

电力电子装置等非线性负载的广泛应用带来了大量的谐波，抑制电力电子装置产生谐波主要采用功率因数校正(PFC)技术。有源功率因数校正技术按其电路结构可分为两级型和单级型两种。在两级功率因数校正结构中，第一级为功率因数校正电路，其主要作用是提高输入的功率因数；第二级是DC/DC变换器，其主要作用是调节输出电压以便与负载匹配。两级型PFC主要优点是各级可单独分析设计和控制，通用性较好，缺点是元件个数多，控制电路较多，成本增加，效率低。单级结构是在两级结构基础上发展而来，采用开关管共用技术，使用一级电路、一套控制电路，同时实现功率因数校正与DC/DC变换，此外单级功率因数校正通常能够在结构上实现输入输出隔离。单级功率因数校正以高效率、高性能、高功率密度、低成本为目标，符合电力电子发展的趋势和要求。

目前单级功率因数校正电路存在输出侧工频纹波大的问题，如果增加输出滤波电容的容量，则会导致电路的响应速度变慢。另外，采用变压器对输入输出进行电气隔离，存在的问题是变压器的漏感会产生电压尖峰。

发明内容

本发明的目的是解决目前单级功率因数校正结构存在的输出侧工频纹波大的问题，如果增加输出滤波电容的容量，导致电路的响应速度慢，以及采用变压器对输入输出进行电气隔离时存在的变压器漏感产生电压尖峰的问题，提供了一种无源箝位单相单级桥式功率因数校正变换器及其控制方法。

本发明无源箝位的单相单级桥式功率因数校正变换器包括单相输入整流电路、升压电感L_f、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、二极管D、箝位电容C₁、高频变压器T、单相输出整流电路、输出滤波电容C₂和负载R，

单相输入整流电路的正极输出端与升压电感L_f的一端相连，升压电感L_f的另一端与二极管D的阳极相连，二极管D的阴极与箝位电容C₁的一端相连，箝位电容C₁的另一端与单相输入整流电路的负极输出端相连，

升压电感L_f的另一端还与第一开关管S₁的一端相连，第一开关管S₁的另一端与第二开关管S₂的一端相连，第二开关管S₂的另一端与单相输入整流电路的负极输出端相连，

二极管D的阴极还与第三开关管S₃的一端相连，第三开关管S₃的另一端与第四开关管S₄的一端相连，第四开关管S₄的另一端与单相输入整流电路的负极输出端相连，

第一开关管S₁和第二开关管S₂的连接点引出线与高频变压器T的原边绕组的一端相连，第三开关管S₃和第四开关管S₄的连接点引出线与高频变压器T的原边绕组的另一端相连，

高频变压器T的副边绕组的两端分别与单相输出整流电路的两个输入端相连，输出滤波电容C₂和负载R分别并联在单相输出整流电路的两个输出端之间。

第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃和第四开关管S₄采用自带体二极管的IGBT功率管或自带体二极管的MOSFET开关管。

实现所述无源箝位单相单级桥式功率因数校正变换器的控制方法为：对第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃和第四开关管S₄按设定的工作周期驱动，每个工作周期分成四段，分别为第一段、第二段、第三段和第四段，在每个工作周期中四个开关管的驱动时序为：

第一段，第一开关管S₁和第二开关管S₂导通，第三开关管S₃和第四开关管S₄截止；

第二段，第一开关管S₁和第四开关管S₄导通，第二开关管S₂和第三开关管S₃截止；