[發明專利]采用小容量長壽命儲能電容的Boost PFC變換器

有效

• 申請號: 201310304212.4
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103346669A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 姚凱;阮新波
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/42
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及電能變換裝置的交流-直流變換器領域，特別是一種采用小容量長壽命儲能電容的Boost?PFC變換器。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，對電源的要求越來越高，在礦山、潛水、搶險、軍用裝置、城市景觀照明及大屏幕顯示等場合，除了要求高效率、高輸入功率因數、高功率密度外，還必須具有長壽命的優點。這些電源必須具有PFC（功率因數校正）功能。傳統的Boost?PFC變換器采用電解電容作為儲能電容來平衡瞬時輸入功率和輸出功率，雖然電解電容具有耐壓高、容值大的特點，但其體積較大，影響電源功率密度的進一步提高，并且，電解電容壽命只有幾千小時，嚴重影響了電源的長壽命要求，制約著電源技術的發展。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種采用小容量長壽命儲能電容的Boost?PFC變換器，在保證輸入功率因數的要求下，提高電源功率密度、延長電源壽命。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種采用小容量長壽命儲能電容的Boost?PFC變換器，包括主功率電路和控制電路，所述主功率電路包括輸入電壓源v_in、EMI濾波器、二極管整流電路RB、Boost電感L_b、第一電阻R₁、第二電阻R₂、第三電阻R₃、開關管Q、二極管D_b、小容量儲能電容C_B、負載R_Ld，其中輸入電壓源v_in與EMI濾波器的輸入端口連接，EMI濾波器的輸出端口與二極管整流電路RB的輸入端口連接，二極管整流電路RB的輸出負極為參考電位零點，二極管整流電路RB的輸出正極與Boost電感L_b的一端連接，Boost電感L_b的另一端分別與開關管Q的漏極及二極管D_b的陽極連接，開關管Q的源極與第三電阻R₃的一端連接，第三電阻R₃的另一端與參考電位零點連接，二極管D_b的陰極分別與儲能電容C_B的陽極及負載R_Ld的一端連接，儲能電容C_B的陰極及負載R_Ld的另一端均與參考電位零點連接，其中儲能電容C_B為小容量長壽命電容，第一電阻R₁與第二電阻R₂串聯后接在二極管整流電路RB的輸出端正、負極之間；所述儲能電容C_B為小容量長壽命電容；所述控制電路包括差分采樣移相電路、整流電路、峰值取樣電路、加減法電路、輸出電壓反饋控制電路、乘法器、PFC芯片及開關管驅動電路，所述差分采樣移相電路的輸出端D與整流電路的輸入端連接，整流電路的輸出端I分別接入峰值取樣電路的輸入端和加減法電路的第一輸入端，加減法電路的第二輸入端與主功率電路中第一電阻R₁和第二電阻R₂的連接點G連接，峰值取樣電路的輸出端H與加減法電路的第三輸入端連接，加減法電路的輸出端K與乘法器的一個輸入端v_x連接，主功率電路的輸出電壓V_o經第二十電阻R₂₀和第二十一電阻R₂₁的分壓點與輸出電壓反饋控制電路的輸入端L連接，輸出電壓反饋控制電路的輸出端M與乘法器的另一個輸入端v_y連接，乘法器的輸出端與PFC芯片及開關管驅動電路的輸入端連接，PFC芯片及開關管驅動電路的輸出端與主功率電路中開關管Q的門極相連。

本發明與現有技術相比，其顯著優點是：（1）通過簡單諧波電流注入法進行控制和平衡瞬時輸入功率和輸出功率，在保證輸入功率因數的要求下，減小儲能電容容值；（2）變換器能夠用其他種類的電容如薄膜電容或瓷片電容等小容量長壽命的固定電容代替電解電容，電容體積小；（3）能顯著提高電源功率密度和延長變換器壽命。

附圖說明

圖1是AC/DC變換器的“黑盒子”示意圖。

圖2是圖1中AC/DC變換器在輸入功率因數為1時輸入電壓、輸入電流、輸入功率和輸出功率的波形圖。

圖3是b/a不同取值下的輸入電流標幺值波形圖。

圖4是b/a不同取值下的輸入功率標幺值波形圖。

圖5是b/a不同取值下的PF值與最大能量差標幺值。

圖6是a=1，b=0.916時輸入電流在一個工頻周期表達式的傅里葉分解圖。