[发明专利]单电感三电平无桥功率因数校正变换器

说明书

技术领域

本发明涉及低通态损耗的无桥AC/DC功率因数变换器，特别是涉及一种单电感三电平 无桥功率因数校正变换器。

背景技术

目前的单相功率因数校正技术普遍采用传统Boost型功率因数校正变换器。这种变换 器包括两个部分：整流桥和Boost变换器。整流桥将交变市电整流为单方向电压源；Boost 变换器通过一定控制方法实现功率因数校正。这种单相功率因数校正变换器应用于全球通 用电源输入(90VAC-264VAC)，能够比较好地实现功率因数校正，但当其工作于低输入电压 的应用场合时，这种变换器的损耗会增加很多，主要原因是低输入电压下，通态损耗快速 地增加了。随着半导体器件的发展，Boost变换器的变换效率有了很大的提高，损耗也可以 控制在一个比较低的范围。因此，整流桥的损耗占了传统Boost型功率因数变换器的损耗 的大部分(约30％-60％)，尤其是在低输入电压情况下。通过减小整流桥上的损耗是进一步 提高变换器效率的比较直接和有效的手段。Boost型无桥功率因数校正变换器，有双Boost 无桥、图腾柱式无桥和采用双向开关的无桥等类型。但这些无桥变换器都需要两套Boost 电路分别工作于交流输入电压的正、负半周，并只有一个直流母线输出，故器件利用率低、 体积庞大、成本高；而且，这些无桥变换器或共模干扰大或不能工作于电流连续模式(CCM)， 都需要额外的功率器件如功率二极管和电感等以改进性能，增加了电路的复杂性和成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种适用宽电源输入范围的 单电感的三电平无桥功率因数校正变换器。

为解决上述技术问题，本发明单电感三电平无桥功率因数校正变换器，包括输入电感 L_in、Boost臂电路110、箝位电路120和输出分压电容130；所述Boost臂电路110由两个 开关管S₁、S₂和两个二极管D_F1、D_F2串联而成，两个二极管位于外侧，两个开关管位于内侧； 其中二极管D_F1的阳极连接到开关S₁的漏极，开关S₁的源极连接到开关S₂的漏极，开关S₂的源极连接到二极管D_F2的阴极；Boost臂电路开关管110的开关操作实现对电感L_in的充放 电和输入端的功率因数校正；

所述箝位电路120由两个二极管D_S1、D_S2组成，起到箝位和整流作用；其中二极管D_S1连接于输出分压电容130的中点和二极管D_F1阳极与开关管S₁漏极的接点之间，二极管D_S2连接于输出分压电容130的中点和开关管S₂源极与D_F2阴极的接点之间；

所述输出分压电容130由两个串联的电容C_o1和C_o2组成，并与Boost臂电路110并联， 用以构成正、负直流母线或倍压的直流母线；

所述输入电感L_in的一端连接于开关管S₁源极与开关管S₂漏极的接点，另一端连接于输 入的一端，而输入的另一端则连接于输出分压电容的中点。

本发明中，所述的两个开关管S₁或S₂是金属氧化物半导体场效应管或绝缘栅双极型晶 体管中的任意一种。

本发明的有益效果在于：

本发明中的功率因数变换器只需要一个输入电感，能够获得正、负两路的直流母线， 具有器件应力低、器件利用率高、导通损耗低、共模干扰低和变换效率高的优点。

附图说明

图1是本发明的单电感三电平无桥功率因数校正变换器电路图；

图2是本发明变换器的控制时序和主要波形(对应于交流输入信号周期的情况)；

图3是本发明变换器的控制时序和主要波形(对应于正半周中的开关周期的情况)；

图4是本发明变换器正半周充电阶段的工作模式；

图5是本发明变换器正半周放电阶段的工作模式；

图6是本发明变换器负半周放电阶段的工作模式；