[发明专利]采用小容量长寿命储能电容的Boost PFC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电能变换装置的交流-直流变换器领域，特别是一种采用小容量长寿命储能电容的Boost PFC变换器。

背景技术

随着电力电子技术的发展，对电源的要求越来越高，在矿山、潜水、抢险、军用装置、城市景观照明及大屏幕显示等场合，除了要求高效率、高输入功率因数、高功率密度外，还必须具有长寿命的优点。这些电源必须具有PFC（功率因数校正）功能。传统的Boost PFC变换器采用电解电容作为储能电容来平衡瞬时输入功率和输出功率，虽然电解电容具有耐压高、容值大的特点，但其体积较大，影响电源功率密度的进一步提高，并且，电解电容寿命只有几千小时，严重影响了电源的长寿命要求，制约着电源技术的发展。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种采用小容量长寿命储能电容的Boost PFC变换器，在保证输入功率因数的要求下，提高电源功率密度、延长电源寿命。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种采用小容量长寿命储能电容的Boost PFC变换器，包括主功率电路和控制电路，所述主功率电路包括输入电压源v_in、EMI滤波器、二极管整流电路RB、Boost电感L_b、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、开关管Q、二极管D_b、小容量储能电容C_B、负载R_Ld，其中输入电压源v_in与EMI滤波器的输入端口连接，EMI滤波器的输出端口与二极管整流电路RB的输入端口连接，二极管整流电路RB的输出负极为参考电位零点，二极管整流电路RB的输出正极与Boost电感L_b的一端连接，Boost电感L_b的另一端分别与开关管Q的漏极及二极管D_b的阳极连接，开关管Q的源极与第三电阻R₃的一端连接，第三电阻R₃的另一端与参考电位零点连接，二极管D_b的阴极分别与储能电容C_B的阳极及负载R_Ld的一端连接，储能电容C_B的阴极及负载R_Ld的另一端均与参考电位零点连接，其中储能电容C_B为小容量长寿命电容，第一电阻R₁与第二电阻R₂串联后接在二极管整流电路RB的输出端正、负极之间；所述储能电容C_B为小容量长寿命电容；所述控制电路包括差分采样移相电路、整流电路、峰值取样电路、加减法电路、输出电压反馈控制电路、乘法器、PFC芯片及开关管驱动电路，所述差分采样移相电路的输出端D与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端I分别接入峰值取样电路的输入端和加减法电路的第一输入端，加减法电路的第二输入端与主功率电路中第一电阻R₁和第二电阻R₂的连接点G连接，峰值取样电路的输出端H与加减法电路的第三输入端连接，加减法电路的输出端K与乘法器的一个输入端v_x连接，主功率电路的输出电压V_o经第二十电阻R₂₀和第二十一电阻R₂₁的分压点与输出电压反馈控制电路的输入端L连接，输出电压反馈控制电路的输出端M与乘法器的另一个输入端v_y连接，乘法器的输出端与PFC芯片及开关管驱动电路的输入端连接，PFC芯片及开关管驱动电路的输出端与主功率电路中开关管Q的门极相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）通过简单谐波电流注入法进行控制和平衡瞬时输入功率和输出功率，在保证输入功率因数的要求下，减小储能电容容值；（2）变换器能够用其他种类的电容如薄膜电容或瓷片电容等小容量长寿命的固定电容代替电解电容，电容体积小；（3）能显著提高电源功率密度和延长变换器寿命。

附图说明

图1是AC/DC变换器的“黑盒子”示意图。

图2是图1中AC/DC变换器在输入功率因数为1时输入电压、输入电流、输入功率和输出功率的波形图。

图3是b/a不同取值下的输入电流标幺值波形图。

图4是b/a不同取值下的输入功率标幺值波形图。

图5是b/a不同取值下的PF值与最大能量差标幺值。

图6是a=1，b=0.916时输入电流在一个工频周期表达式的傅里叶分解图。