[发明专利]具有功率因数校正的通量转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将输入侧的交流电压转换为输出侧的直流电压的通量转换器（Flusswandler），其中设置有功率因数校正。此外，本发明还涉及一种用于使这种转换器运行的方法。

背景技术

在常见的电网供电中使用的转换器通常具有强烈地带有谐波的输入电流或明显低于一的功率因数。对此的原因在于通过交流侧的整流器给直流侧的存储电容再充电的要求。短的、针形的电流峰值是结果。在没有附加措施的情况下，电流峰值的高度仅通过输入侧的电网、电源滤波器、整流器和存储电容的内阻来限制。

对单相电网的供电、尤其是这种具有较大的转换功率（200W以及以上）的供电需要特定的构造，以便满足有效的技术规范。这些构造措施在供电方面可能有可观的成本成分。此外，由于附加的损耗功率，结构尺寸和效率受负面影响。

为了减小在转换器的耗用电流中的干扰性谐振的成分，根据现有技术设置了所谓的功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）。

无源功率因数校正借助高的输入电感来实现。需要大的电感值，以便明显提高在再充电阶段期间的通导角（Stromflusswinkel）。这仅在小功率的情况下是有意义的，因为在其他情况下相对应的扼流圈过大并且过重。除了扼流圈的成本之外，还要考虑所述扼流圈的损耗功率。

该方法由于与其相联系的最大输入电流的变化而不大适用于宽的输入电压范围。

替换于此地，公知了一种有源功率因数校正，其中特有的转换级将所吸收的电流自动微调到（nachsteuern）正弦形变化的电网电压的时间变化过程。这种有源PFC电路通常被构造为升压式转换器并且直接被连接在整流器的下游。所述有源PFC电路将大电容器充电到在输入交流电压的峰压以上的电压。升压式转换器工作在比电网供给明显更高的频率上，由此需要明显更小的电感。形成了具有小的电流纹波系数的近似连续的通过电流（Stromfluss），其中平均电流通过控制电路来与电网电压的瞬时值适配。

相对于无源功率因数校正，尽管有源PFC电路开销更大，但是更高的效率和更好的谐波抑制是可能的。除了开销之外，不利的是这种PFC电路的由原理引起的在最大电网电压之上的输出电压，由此特别是在高电网输入电压的情况下在部件负载和绝缘电压方面会出现问题。

不是升压式转换器，有源PFC电路而是可以包括降压式转换器，在所述降压式转换器上有比电网电压更小的输出电压。然而，由此降低了可能的通导角。进入到存储电容器中的能量输入仅在电网电压大于存储电容器上的电压时才能实现。此外，电流纹波系数高于在具有升压式转换器的解决方案的情况下的电流纹波系数，并且对接地侧的功率开关的控制在升压式转换器的情况下更简单。

有源PFC电路具有如下缺点：除了实际的转换器之外还必须设置所述有源PFC电路。这相对于没有PFC功能的转换器带来了相当大的额外开销和附加损耗。

发明内容

本发明所基于的任务是针对开头所述类型的通量转换器说明了相对于现有技术的改进。

根据本发明，该任务通过一种根据权利要求1所述的转换器和一种根据权利要求10所述的用于使该转换器运行的方法来解决。本发明的改进方案在从属权利要求中予以说明。

根据本发明，通量转换器包括如下变压器：所述变压器具有至少两个串联布置的初级绕组和按相同方向缠绕的次级绕组，其中与第一初级绕组串联的存储电容器借助第一开关按时钟控制方式通过整流元件可被连接到交流电压上，并且其中第二初级绕组借助第二开关按时钟控制方式可被连接到存储电容器上。

本发明因此基本上基于作为DC/DC转换器的正向转换器（Eintaktflusswandler）的功能原理。正向转换器的功能原理与降压式开关调节器（Abwaertsschaltregler）的功能原理相组合，然而其中并不使用附加的电感器。以这种方式说明了一种转换器，借助该转换器利用可控的功率因数校正以损耗特别少的方式将能量从输入端转移到输出端。

在不添加其他转换级和没有其他大电感器的情况下实现了PFC功能。

另一优点在于，附在第一开关上和在第一初级绕组上的电压仅对应于由经过整流的输入电压和存储电容器上的电压构成的差。因此，即使输入电压高，部件的负载也保持为低。由此也可以降低防止电网瞬态的开销。

通过使存储电容器上的电压与输入电压合适地适配而覆盖了非常宽的输入电压范围。存储电容器上的电压在输入电压小时被预给定为低的，而在输入电压大时被预给定为高的。因此存在不带有切换的宽范围能力，即不需要设置倍压器的宽范围能力。