[發明專利]一種消除工頻紋波的AC/DC變換方法

無效

• 申請號: 201010622997.6
• 申請日: 2010-12-16
• 公開（公告）號: CN102064721A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 李義
• 申請（專利權）人: 李義
• 主分類號: H02M7/04
• 分類號: H02M7/04;H02M1/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及電力電子技術領域，具體涉及一種消除工頻紋波的AC/DC變換方法。

【背景技術】

目前，包括最簡單的二極管整流電路以及較為復雜的無橋PFC變換在內的所有AD/DC變換，均采用在其直流輸出側并聯大容量電容的無源濾波方式，以減少工頻倍頻紋波，給負載提供一個較為平穩的輸出。

然而，現有技術存在以下問題：

一、大容量濾波電容只能減少工頻紋波，并不能消除工頻紋波。在對工頻紋波有較高要求的場合，如果采用加大濾波電容容量的方法將迅速增加成本，如果采用后級功率變換調節的方法也將增加成本并降低效率。

二、由于大容量濾波電容儲能很大，在開機瞬間可能引起較大的沖擊電流，降低了可靠性；如果采用軟啟動電路，將增加成本、降低效率。

三、目前大容量濾波電容多采用電解電容，由于器件本身的原因，損耗很大，降低了效率；電解電容的耐溫性能和耐沖擊電流性能很差，是功率電子產品中最容易損壞的元件之一，降低了可靠性；電解電容的壽命較短，且隨環境溫度的升高迅速惡化，已經成為業界最頭疼的問題之一。

由于以上原因，業內已經出現若干不使用大容量電解電容的方案，還有若干針對LED這樣的特定負載的無電解電容的方案，但是這些方案要嗎是犧牲了輸入側的PFC性能，要嗎是犧牲了輸出側的紋波性能，或者將工頻紋波以高頻紋波的方式體現，有的方案確實在一定程度上減少了工頻紋波，但是遠沒有消除，并沒有使因交流電過零能量缺失所產生工頻紋波低谷得到充分的補償。

【發明內容】

本發明一種消除工頻紋波的AC/DC變換方法是：在AC/DC變換總功率通道IN之后分離為兩個功率通道：主功率通道和輔功率通道；其中主功率通道是一個主功率變換單元，輔功率通道依次為一個儲能變換單元、一個儲能電容和一個填谷變換單元；兩個功率通道最后在總輸出端OUT處匯合。

所述主功率變換單元實施盡量滿足要求的控制、輸出主要功率，在其輸入側留下功率富裕、輸出側留下工頻紋波低谷；所述儲能變換單元實施與所述主功率變換單元輸入側互補的功率控制、利用所述功率富裕給儲能電容儲能，所述填谷變換單元實施與所述主功率變換單元輸出側互補的功率控制、利用儲能電容的釋能填補所述工頻紋波低谷；實現消除工頻紋波的AC/DC變換。

由于本發明所述儲能電容處于可控環境，與輸出濾波完全分離，使得其儲能和釋能可以按照需要的工況運行。比如可以采用高壓小容量電容儲能，與常規濾波電容工況比較：一方面，由于電容儲能與電壓的平方成正比，電壓的提高可以顯著提高儲能效能，大大減少了需要的電容容量；另一方面，儲能電容的輸出功率與電容的電壓降直接有關，可以不像常規濾波電容那樣受輸出紋波波幅的限制，而是更大幅度地釋放能量，顯著提高了釋能效能，進一步顯著減少了需要的電容容量；同時，電容能量釋放是受控的，由所述填谷變換單元根據紋波波谷位置和大小確定，避免了常規濾波電容那樣在輸出紋波的峰值后的下降沿不需要釋能時就開始釋能、待到谷底最需要釋能時已經無法釋能的不利工況，更進一步減少了需要的電容容量。事實上，采用本發明所述方法，所述儲能電容的能量幾乎是全部被利用到最需要的場合。本發明所述儲能電容也可以采用與輸出電壓相同或不同電壓等級的電解電容，所需容量大幅度減少并能消除工頻紋波。并且，本發明所述儲能電容也可以采用諸如超級法拉電容這樣的儲能元件，利用器件特性優勢獲得降低成本、改善性能的效果。

本發明所述主功率變換單元實施盡量滿足要求的控制是指：在其輸入側要滿足總傳輸功率的控制要求，必要時也應能夠滿足功率因素矯正(PFC)的控制要求，在其輸出側要滿足輸出電壓或者電流控制要求。對所述主功率變換單元而言，要同時滿足上述控制要求，一方面必然會產生不能由自身轉移的功率富裕，這部分能量由輔功率通道轉移到儲能電容；另一方面也必然會在其輸出側產生因交流電過零能量缺失所形成的工頻紋波低谷，這部分能量缺失由填谷變換單元用取自儲能電容的能量予以填補。由于有總傳輸功率的控制要求，這兩部分能量是平衡的，輸出紋波低谷被充分填補。

本發明所述主功率變換單元實施盡量滿足要求的控制還包括：在主功率變換單元和填谷變換單元同時向負載輸出能量的情況下，要滿足主輔控制要求，即以主功率變換單元為主、填谷功率單元為輔的功率分配控制策略。