[發(fā)明專利]一種降低開關(guān)損耗的單級功率因數(shù)校正電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710071147.X
• 申請日: 2007-09-14
• 公開（公告）號: CN101136584A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬皓;徐曄
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02M3/335
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率因數(shù)校正電路，具體來說是指一種降低開關(guān)損耗的單級功率因數(shù)校正電路。

背景技術(shù)

目前廣泛采用的功率因數(shù)校正電路往往是傳統(tǒng)的兩級型功率因數(shù)校正技術(shù)，但其電路元件多，成本較高，而且電路復(fù)雜，不適用于中小功率場合。為降低兩級功率因數(shù)校正電路的成本，近年來人們提出了多種單級功率因數(shù)校正技術(shù)。一般單級功率因數(shù)校正電路是通過控制電感電流工作于不連續(xù)導(dǎo)電模式，自動實現(xiàn)功率因數(shù)校正功能。為了實現(xiàn)輸入輸出功率的平衡，同時保證電源的保持時間，需要一個低頻電容儲存能量。由于輸入電流不連續(xù)，含有大量的輸入電流諧波，所以需要在輸入端加上電磁干擾抑制電路，整個電路就比較復(fù)雜。

在單級的功率因數(shù)校正電路里，通過單個控制電路，同時實現(xiàn)輸入電流波形的校正、電氣隔離、以及輸出電壓的快速調(diào)節(jié)。由于去掉了傳統(tǒng)的兩級方式中對儲能電容電壓的控制，在實現(xiàn)上述功能的同時，必須保證儲能電容電壓在適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)(通常在400V以下)。大部分的單級電路由一個類似于BOOST的輸入部分，和Forward或者Flyback的DC/DC部分組成。一般地，單級電路在功率因數(shù)和總諧波含量方面的特性不如兩級電路。通常功率因數(shù)在0.8-0.95，THD在20-75％的范圍之內(nèi)。

如圖1中所示，是M.M.Jonanovic和L.Huber所申請的美國專利“AC/DC?Flyback?Converter”(專利號為US6,950,319)，該專利提出了一種簡單、低成本、高效率并且輸出特性良好的單級功率因數(shù)校正電路。在圖1中，通過在整流橋的正端，和反激變壓器的原邊繞組抽頭之間接入的PFC電感L_PFC，實現(xiàn)了對輸入電流的校正作用。通過另外的兩個整流二極管D_1a、D_1b，可以在儲能電容電壓跌落到低于輸入電壓的時候，構(gòu)成輸入對儲能電容的直接充電回路，并且可以減小輸入電流的紋波。

PFC電感L_PFC和整流二極管D_1e、D_1f與原邊繞組的抽頭串聯(lián)連接，可以把儲能電容C_B的電壓限制在一定的范圍內(nèi)。對于90-264V_rms輸入，通常儲能電容電壓可以在400V以下。當(dāng)開關(guān)管SW閉合的時候，繞組N₂與PFC電感L_PFC相串聯(lián)，繞組N₂可以反饋儲能電容C_B的電壓，減小PFC電感L_PFC電流的上升斜率；當(dāng)開關(guān)管SW斷開時，繞組N₁與PFC電感L_PFC相串聯(lián)，繞組N₁對副邊輸出電壓的反射電壓，可以增大PFC電感L_PFC電流的下降斜率。所以，無論開關(guān)管SW是閉合還是關(guān)斷，都可以通過變壓器原邊繞組的感應(yīng)電壓來抑制儲能電容C_B電壓值。此外，當(dāng)開關(guān)管SW閉合時，輸入電壓可以通過繞組N₂增加變壓器的勵磁能量；當(dāng)開關(guān)管SW關(guān)斷時，PFC電感中所儲存的能量，通過繞組N₁直接向副邊傳輸，這些都可以提升整個變換器的效率。優(yōu)化繞組N₁、N₂的比例，可以改善整個變換器的性能，對功率因數(shù)、儲能電容電壓和效率等指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

在小功率的應(yīng)用中，PFC電感L_PFC通常工作在DCM模式。在DCM模式下，如果每個開關(guān)周期的占空比近似恒定，那么輸入電流的波形將跟蹤輸入電壓波形，減小輸入電流的諧波失真。增大PFC電感L_PFC的電感量可以減小電感電流的峰值，改善效率。但是，PFC電感值過大，會使PFC電感L_PFC電流在輸入電壓的峰值處不能快速釋放能量，而進(jìn)入電流連續(xù)的模式CCM，輸入電流形成一個尖頂。