[发明专利]单相五电平Boost型功率因数校正变换器

说明书

本发明涉及单相五电平Boost型功率因数校正变换器，包括二极管单相全桥整流电路、Boost升压电感L、电力电子开关网络、串联电容网络和并联电阻网络；所述Boost升压电感L连接于所述二极管单相全桥整流电路直流正极与所述电力电子开关网络第一端之间，所述电力电子开关网络第二端连接于所述二极管单相全桥整流电路直流负极。能在保持开关频率和最大允许电感电流纹波一致前提下，将Boost电感体积减少约75％，更大地减小变换器总体积；或者在保持输出功率、开关频率和电感体积一致的前提下，将电感高频纹波电流幅值减少约75％，大大降低电感发热，提升变换器效率；能将开关管电压应力均减小约50％，有利于降低成本。

技术领域

本发明属于用于高输出电压、大输出功率开关电源的高功率因数、高功率密度AC/DC变换器技术领域，具体涉及一种单相五电平Boost型功率因数校正变换器。

背景技术

开关电源的输入级通常采用二极管构成的不可控电容性整流电路，这种电路的优点是结构简单、成本低、可靠性高，但致命缺点是其输入电流不是正弦波，而是位于电压峰值附近的脉冲波。这种电流波形中含有大量的低次谐波成分，因此该电路功率因数很低，对电网造成严重污染。

解决这一问题的办法是对整流电路输入电流波形进行控制，使其尽量接近正弦波，这一技术称为功率因数校正，即PFC(Power Factor Correction)。根据采用的具体方法不同，PFC可分为无源功率因数校正和有源功率因数校正两种。其中，无源功率因数校正需要增加体积较大、成本较高的无源滤波元件，如电感器，不利于减小变换器的体积。而且无源功率因数校正提高功率因数、减少谐波含量的效果有限，难以满足现行谐波标准限制。采用全控电力电子开关器件构成的有源功率因数校正，可以非常有效地降低谐波含量、提高功率因数，满足现行最严格的谐波标准，而且由于采用高频开关控制，其中无源滤波元件，如电感器、电容器体积可以大大减小，对提高变换器的功率密度十分有利。目前，有源功率因数校正技术应用已越来越广泛。

单相有源功率因数校正电路较为成熟，其中由二极管整流电路加上升压型直流斩波电路(Boost电路)构成的两电平Boost型PFC电路最为常见，该电路容易实现，可靠性高，基本上已经成为小功率低压开关电源的标准电路形式。但该电路存在两个问题：1)一个开关周期内，电感两端电压变化量为输出电压，幅值较大，导致电感电流高频开关纹波大；2)当开关管关断时，其两端电压为输出电压，开关管电压应力高。电感的体积、损耗往往占变换器总体积和损耗的大部分。当开关电源输出电压高时，过大的高频电流一方面会产生严重的电磁干扰(EMI)，另一方面会导致电感发热严重，因此必须采用体积较大的电感、EMI滤波器和散热器，大大增加了变换器的体积，增加了损耗，降低了电路效率；同时，当开关电源输出电压高时，必须使用电压应力更高的开关管，增加了电路成本。所以，该电路不适合应用于高输出电压、大输出功率开关电源场合。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，克服普通两电平Boost型PFC电路的缺陷，提供一种具有更高功率密度、更加适用于高输出电压、大输出功率开关电源的单相五电平Boost型功率因数校正变换器。

为实现上述目的，本发明所设计的单相五电平Boost型功率因数校正变换器，包括二极管单相全桥整流电路、Boost升压电感L、电力电子开关网络、串联电容网络和并联电阻网络；所述Boost升压电感L连接于所述二极管单相全桥整流电路直流正极与所述电力电子开关网络第一端之间，所述电力电子开关网络第二端连接于所述二极管单相全桥整流电路直流负极。