[發(fā)明專利]具有高功率系數(shù)的脈動抵消變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280061347.6
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN104054226B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉雁飛
• 申請（專利權(quán)）人: 金斯頓女王大學(xué)
• 主分類號: H02J1/02
• 分類號: H02J1/02;H02M1/14
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司72002
• 代理人: 過曉東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是適用于提高AC與DC電源的轉(zhuǎn)換性能的方法和電路。尤其是，適用于這樣的電源的方法和電路，即，所述電源可以在AC端獲得高功率系數(shù)(PF)，并且同時，在DC輸出功率端上的減少或者實(shí)質(zhì)上消除脈動。方法和電路可以在需要高功率系數(shù)和/或低輸出脈動的各種不同的實(shí)踐中應(yīng)用。特別的是，所述方法和電路可以適用于DC照明應(yīng)用，例如，發(fā)光二極管(LED)的照明，其中對輸出功率中的低頻脈動的抑制消除了可視的閃動。

背景技術(shù)

對于寬波段的設(shè)備的集流功率系數(shù)校正的調(diào)整的問題正變得越來越緊迫。舉例來說，最新的調(diào)整需要的是，適用于任何一種具有輸出功率高于5瓦的發(fā)光二極管(LED)的電源的功率系數(shù)的校正。

對于低功率到中等功率程度(例如，5瓦到100瓦)而言，通常使用的是一種逆向變換器。附圖1顯示的是所述系統(tǒng)的方框圖。通過在輸入電壓之后強(qiáng)行輸入平均的輸入電流，就可以獲得高功率系數(shù)。為了降低成本，通常使用臨界傳導(dǎo)模式來獲得功率系數(shù)的校正。然而，這樣會導(dǎo)致在線路頻率的諧波處的輸出電壓中出現(xiàn)脈動。第二諧波(例如，北美使用的120Hz或者中國，歐洲使用的100Hz)。在DC照明(例如，LED照明)應(yīng)用中會形成特殊的集流，這將會導(dǎo)致出現(xiàn)可視的閃動，其中人類的眼睛可以看到來自于LED的發(fā)光的波動。

在這樣一種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在功率系數(shù)和通過負(fù)載的低頻電流脈動之間可以采用一個折中方案。舉例來說，為了獲得超過90％的功率系數(shù)，負(fù)載電流的脈動的極大值與極小值可以與平均DC值的60％一樣高。例如，平均的負(fù)載電流為0.5安培，低頻的電流脈動可以是與0.3安培(極大值到極小值)一樣高。這就出現(xiàn)了以下若干問題：首先，正文上文中所描述的內(nèi)容那樣，對于DC照明(例如，LED)應(yīng)用而言，脈動的電流會導(dǎo)致出現(xiàn)可視的閃動。其次，很難獲得變化的輸出功率。當(dāng)平均負(fù)載電流減小時，脈動電流不會成比例地減少，因此，脈動電流將會在減少的輸出功率中出現(xiàn)更多的問題。在DC照明的應(yīng)用中，在降低的明亮度中，閃動將會變得更糟糕。第三，脈動電流將會致使許多設(shè)備的使用壽命衰減，例如，LED。

為了獲得高功率新和少量的低頻電流脈動，可以使用兩級的變換器。附圖2顯示的是用于激勵LED的傳統(tǒng)的變換器的電路方框圖，第一階段20通常是一種升壓變換器，其將AC電壓轉(zhuǎn)換為高壓，例如，400伏，同時可以獲得功率系數(shù)校正。第二階段22是一種DC與DC的變換器，其將400伏的電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)載所要求的較低的電壓，例如，50伏到125伏，以提供給電隔離器件，并調(diào)整負(fù)載電流。然而從與附圖1中的變換器相比來說，附圖2中的變換器的不足之處在于需要更高的成本和更大的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容

本文在此提供的是一種適于與電源結(jié)合使用的電路，其可以提供包括具有第一AC電壓脈動的主DC電壓，或者包括具有第一AC電流脈動的主DC電流，電路可以包括脈動抵消變換器，該變換器可以提供的是：(i)與主輸出相互串聯(lián)的第二AC電壓脈動，以致第一AC電壓脈動實(shí)質(zhì)上得以抵消；或者(ii)與主輸出相互并聯(lián)的第二AC電流脈動，以致第一AC電流脈動實(shí)質(zhì)上得以抵消；其中可以提供的是實(shí)質(zhì)上無脈動的DC輸出功率。

同樣地，本文在此提供的是一種電路，該電路可以提供DC功率，包括：輸出主DC電壓的部分，所述主DC電壓具有第一AC電壓脈動或者具有第一AC電流脈動的主DC電流；和脈動抵消變換器，其可以提供：(i)與主輸出相互串聯(lián)的第二AC電壓脈動，以致第一AC電壓脈動實(shí)質(zhì)上得以抵消；或者(ii)與主輸出相互并聯(lián)的第二AC電流脈動，以致第一AC電流脈動實(shí)質(zhì)上得以抵消；其中可以提供的是實(shí)質(zhì)上無脈動的DC輸出功率。

在某些實(shí)施方案中，脈動抵消變換器提供的是一種輔助輸出，其可以包括(i)具有第二AC電壓脈動的輔助DC電壓，其中第二AC電壓脈動實(shí)質(zhì)在量值上相等的，而且實(shí)質(zhì)上位于第一AC電壓脈動的相反相位上；或者(ii)具有第二AC電流脈動的輔助DC電流，其中第二AC電流脈動實(shí)質(zhì)在量值上相等的，而且實(shí)質(zhì)上位于第一AC電流脈動的相反相位上；其中主輸出和輔助輸出是可以結(jié)合的，以致：(i)可以提供總的DC電壓或者總的DC電流；(ii)第二AC電壓的脈動實(shí)質(zhì)上抵消了第一AC電壓的脈動，或者第二AC電流的脈動實(shí)質(zhì)上抵消了第一AC電流的脈動；(iii)總的DC電壓或者總的DC電流實(shí)質(zhì)上是無脈動的。脈動抵消變換器可能會包括降壓變換器，升壓變換器，降壓-升壓變換器，或者全橋變換器。