[发明专利]新型降压式无桥Cuk 功率因数校正PFC电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型降压式无桥Cuk 功率因数校正PFC变换器，特别是一种满载与轻载都具有高效率的低纹波单相功率因数校正电路。

背景技术

开关电源等电力电子装置已经广泛应用于电力系统、工业、交通以及家庭等领域，由此产生的电网侧输入功率因数降低以及谐波污染等问题也日趋严重。高效的功率因数校正变换器成为了抑制谐波污染的主要手段。

功率因数校正变换器可分为无源功率因数校正变换器以及有源功率因数校正变换器，有源功率因数校正变换器因其体积小重量轻，可得到稳定输出电压与高的功率因数，广泛应用于开关电源等电力电子装置。

目前Boost电路因其输入电流连续、拓扑结构简单、变换效率高、功率开关管落地以及容易控制等优点，在工业界得到了广泛应用，然而Boost电路存在着输出电压必须高于输入电压，轻载时变换效率偏低等不足；采用降压型的PFC方案可以改进在某些场合下Boost PFC的不足。

降压Cuk电路是在典型的Cuk电路的基础上发展起来的，它不仅具有Cuk电路输入输出都具有电感，容易实现输入输出电流连续、脉动小、EMI效果好等特点，同时它也具有一部分Buck电路的特性，且功率器件的电压应力、输出输入电压变比关系与Buck电路相同，因此采用降压Cuk电路实现PFC可取代Buck电路，而采用倍压式的无整流桥结构降压Cuk电路不仅拓宽了电路的输出电压范围，还提高了变换器的变换效率以及功率因数。

目前，为了保护环境、节约能源，美国环境保护局（EPA）推出的能源之星和计算产业气候拯救行动计算产业气候拯救行动（CSCI）对照明电源以及计算机电源的满载、半载或轻载时的效率要求进行了规定。本发明在保证高功率因数、低总谐波畸变率的前提要求下，具有从轻载到满载都保持高的变换效率的优点，且电路的电压电流应力低，EMI特性好，更容易满足相关标准。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有倍压结构的无桥降压式Cuk PFC电路，实现高效直流输出，输出电压可升可降，拓宽了降压式 PFC电路的输出电压范围，降低主电路的导通损耗并能同时达到功率因数校正功能。

本发明采用的第一方案是：一种新型降压式无桥Cuk 功率因数校正PFC变换器，包括一输入交流电压源，其特征在于：所述输入交流电压源的一端连接一二极管VD1阳极和一二极管VD3的阴极；所述二极管VD1的阴极连接一电感L1的一端；所述电感L1的另一端连接一功率开关管S1的漏极和一中间电容C1的一端；所述功率开关管S1的栅极连接一PWM控制信号，源极连接到一输出电解电容Co1的正极和输出负载的一端；所述输出电解电容Co1的负极连接输入交流电压源的另一端；所述中间电容C1的另一端连接一二极管VD2的阳极和一电感L2的一端；所述二极管VD2的阴极连接输出电解电容Co1的正极和输出负载的一端；所述电感L2的另一端连接输入交流电压源的另一端；所述二极管VD3的阳极连接一电感L4的一端；所述电感L4的另一端连接一功率开关管S2的源极和一中间电容C2的一端；所述功率开关管S1的栅极连接一PWM控制信号，漏极连接到一输出电解电容Co2的负极和输出负载的另一端；所述输出电解电容Co2的正极连接输入交流电压源的另一端；所述中间电容C2的另一端连接一二极管VD4的阴极和一电感L3的一端；所述二极管VD4的阳极连接输出电解电容Co2的负极和输出负载的另一端；所述电感L3的另一端连接输入交流电压源的另一端。

在本发明一实施例中，所述开关管S1、开关管S2是功率MOSFET开关管。

在本发明一实施例中，所述二极管VD1、二极管VD3是慢速功率二极管。

在本发明一实施例中，所述二极管VD2、二极管VD4是快恢复二极管。

在本发明一实施例中，所述中间电容C1、中间电容C2是高频电容。

在本发明一实施例中, 所述电感L1和L4共用一个磁芯，用以提高变换器的功率密度。