[发明专利]一种低输出纹波PFC变换器

说明书

本发明公开了一种低输出纹波PFC变换器，其采用单电感分时复用工作的原理，通过BuckPFC变换器与Flyback DC/DC变换器结合的方式，该变换器只使用一个双绕组或三绕组变压器，通过分时复用控制变压器的励磁电感电流实现PFC变换和DC/DC变换，减小了变换器的体积和成本；同时，利用Buck PFC变换器的输出电压与Flyback DC/DC变换器的输出电压之和作为总的输出电压，实现了低输出纹波；电路结构更加简单，成本低；可恒压输出，也可以恒流输出。

技术领域

本发明涉及PFC变换器领域，特别是一种低输出纹波PFC变换器。

背景技术

随着电力电子设备大规模接入电网，产生了大量的谐波，严重影响了电网的供电质量及其他用电设备的安全。为了减小电力电子设备对电能质量的影响并满足国家谐波标准GB/T14549—1993《电能质量公用电网谐波》，需要采用具有PFC功能的变换器。

传统的PFC变换器通常有两种形式：单级PFC变换器、两级PFC变换器。单级PFC变换器具有体积小、效率高、成本低等特点，但是其输出电压中含有较大的二倍工频纹波；两级PFC变换器通常采用前级PFC变换器与后级DC/DC变换器级联的方式，实现低输出纹波及快速的负载瞬态响应，但是它具有效率低，体积大、成本高、控制复杂等缺点。

针对上述两种PFC变换器的缺点，整合型PFC变换器和准单级PFC变换器被提了出来。相对于传统的两级PFC变换器，整合型PFC变换器只采用一个开关管，简化了控制，但采用多个电感与电容，体积大、成本高，且其功率传输仍然是两级形式，效率较低。低输出纹波准单级PFC变换器采用PFC变换器和DC-DC变换器串并联的形式，PFC变换器传输大部分功率到输出负载，DC-DC变换器起到对输出进行纹波抵消的作用。相对于传统的两级PFC变换器，准单级PFC变换器功率传输介于两级与一级之间，效率介于两级与一级之间，但同样需要采用多个电感与电容，变换器的体积和成本较高。

图1是一种由两个Buck变换器并联组成的LED驱动器电路拓扑。图1所示变换器由全桥整流、EMI滤波、两个并联的反相Buck变换器及控制器构成。其中，上级反相Buck变换器传递交流源的能量到储能电容C_STO中，用以平衡由于输入功率与输出LED功率之间的差异产生的瞬时功率，同时完成功率因数校正的功能；另外一个反相Buck变换器用以调节输出电流，降低输出电流纹波，防止低频纹波造成LED闪烁。图2和图3显示了这种新的LED驱动器的两种工作模态，图4是相应的工作模态所对应的电压电流波形。从图2和图3可以看出，i_in＝i₁+i₂，即LED驱动器输入电流等于流过两个支路的电流和。当|v_ac|>v_STO(t₁<t<t₂)时，LED驱动器工作在模态1，能量从交流源分别传输到储能电容C_STO和LED负载；当|v_ac|<v_STO(t₂<t<t₃)时，LED驱动器工作在模态2，能量从储能电容C_STO传输到LED负载。图1所示LED驱动器中，下级反相Buck变换器负责对LED负载的输出电流进行调节，不论电路工作在哪个模态，都能保证LED负载电流恒定，为了减小输出电流纹波，下级变换器工作在定频CCM。从图4可以看出，流过支路2的电流i_{2_AVG}与输入电压v_ac成反比，也就是说需要一个额外的PFC电路来提高功率因素，因此，采用上级反相BuckPFC变换器与下级反相Buck变换器并联的形式来达到PFC的功能。

此方法通过两个Buck变换器并联的形式来实现PFC及低纹波输出，比两级PFC变换器效率更高，输出纹波比单级PFC变换器更低。但是，此方法控制方案相对复杂，输出纹波虽然较单级PFC变换器低，却仍含有较大的输出纹波。并且，此方法在上下两级PFC变换器中共使用了两个电感，电路的体积大、成本高。