[發明專利]一種高功率因數變換器

有效

• 申請號: 201210146349.7
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102684492A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 謝小高;趙晨;藍舟
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M1/42
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明涉及一種新型的高功率因數變換器，特別是應用于高效率、低輸入電流諧波的功率因數校正電路場合。

背景技術

由于目前大多數用電設備中的非線性元件和儲能元件的存在會使輸入交流電流波形發生嚴重畸變，網側輸入功率因數很低，為了滿足國際標準IEC61000-3-2的諧波要求，必須在這些用電設備中加入功率因素校正裝置（PFC）。傳統的有源功率因素校正電路一般采用Boost（升壓）拓撲、Buck-boost（升降壓）拓撲或Buck（降壓型）拓撲。其中，Boost拓撲具有控制容易，驅動簡單以及在整個工頻周期內都可以進行開關工作，輸入電流的功率因數可以接近于1等特點；但是Boost電路具有輸出電壓高的缺點，而且在寬范圍輸入（90Vac-265Vac）條件下，在低電壓段（90Vac-110Vac）效率會比高壓段（220Vac-265Vac）低1-3％。而采用Buck-boost（升降壓）拓撲，電路損耗相對Buck拓撲會大一些。在小功率應用場合，Buck（降壓）拓撲能夠在整個輸入電壓范圍內保持較高效率。由于工業上的熱設計都是根據效率最低點來設計的，因此Buck拓撲的熱設計也比Boost（升壓）拓撲和Buck-boost（升降壓）拓撲簡單。所以，目前Buck（降壓型）拓撲被越來越多地用到工業產品中，如中小功率的直流-直流變換器的前級PFC電路或者單級LED驅動器等，如圖1所示。然而，Buck（降壓型）拓撲應用于PFC電路，在整流后的輸入電壓V_in小于輸出電壓V_o的區間內，輸入電流i_ac為零，如圖2所示。這段死區時間極大程度地增加了輸入電流諧波，影響了網側輸入功率因數。

發明內容

針對上述不足，本發明提出了一種新型的高功率因數變換器拓撲。本發明提出的新型的變換器拓撲可通過對開關管的控制實現PFC功能，并且使得輸入電流i_ac在V_in小于輸出電壓V_o的區間內有電流。從而解決了前文所述的傳統Buck（降壓型）拓撲應用于PFC電路功率因數較低的問題。

本發明提出的高功率因數變換器包括交流輸入電源V_ac、二極管D₁～D₆、電感L、輸出二極管D_o、開關管Q₁、開關管Q₂，輸出電容器C_o以及負載R_load。其中，交流輸入電源V_ac的一端接二極管D₁的陽極、二極管D₃的陰極和二極管D₅的陰極，交流輸入電源V_ac的另一端接二極管D₂的陽極、二極管D₄的陰極和二極管D₆的陰極，二極管D₁的陰極接二極管D₂的陰極、輸出二極管D_o的陰極和電感L的一端，電感L的另一端接開關管Q₂的漏極、輸出電容器C_o的正端和負載R_load的一端，輸出電容器C_o的負端接負載R_load的另一端、開關管Q₁的漏極和輸出二極管D_o的陽極，二極管D₃的陽極接二極管D₄的陽極和開關管Q₁的源極，二極管D₅的陽極接二極管D₆的陽極和開關管Q₂的源極。

其中，開關管Q₁可以為不同類型的開關器件。

其中，開關管Q₂可以為不同類型的開關器件。

其中，輸出電容C_o在某些應用場合可以省掉。

其中，負載R_load可以是電阻負載、LED負載或者后級電路。

采用本發明提出的高功率因數變換器，至少可以達到以下有益效果：

（1）兼具Buck電路和Buck-boost電路二者的功能和優點，通過合適控制既可實現Buck-boost電路功能，又可實現Buck電路功能，因此電路功能靈活。