[發明專利]具有減小的EMI噪聲的無橋式PFC功率變換器

在審

• 申請號: 201410228724.1
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN104218826A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 許華明;李威;張輝;張新豪;張毅
• 申請（專利權）人: 弗萊克斯電子有限責任公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M1/44
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

相關申請的交叉引用

本專利申請要求2013年5月30日提交的、名稱為“Bridgeless?PFC?Power?Converter?with?High?Efficiency”的共同未決美國臨時申請序列號61/829,119在35U.S.C.119(e)下的優先權。該申請通過引用將美國臨時申請序列號61/829,119的全部內容結合于此。

技術領域

本發明一般涉及功率變換器。更具體地，本發明涉及一種具有減小的EMI噪聲的無橋式功率因數校正(PFC)功率變換器。

背景技術

功率變換器是指將一種形式的電力變換成另一種期望形式和電壓，例如將由供電公司提供的115或230伏特交流電(AC)變換成用于電子裝置的經調節的低電壓直流電(DC)，稱為AC至DC功率變換。

開關式電源、開關模式電源或SMPS是合并了開關調節器的電源。當線性調節器使用在其有源區中偏置的晶體管來規定輸出電壓時，SMPS主動地使晶體管在完全飽和與完全截止之間高速率切換。然后，將得到的矩形波形通過低通濾波器以獲得近似的輸出電壓，其中低通濾波器通常是電感器和電容器(LC)電路。開關模式電源以變化的占空比使用高頻開關、晶體管以保持輸出電壓。由開關引起的輸出電壓變化由LC濾波器濾出。

SMPS能提供升壓、降壓或反相輸出電壓功能。SMPS通過臨時存儲輸入能量然后以不同電壓釋放能量到輸出來將輸入電壓水平變換到另一水平。存儲可以在諸如電感器和/或變壓器的電磁元件中，或諸如電容器的靜電元件中。

SMPS優于線性電源的優點包括較小的尺寸，較好的電力效率以及較低的熱生成。缺點包括以下事實，即，SMPS通常比線性電源更復雜，產生可能需要被小心抑制的高頻電噪聲，并且具有開關頻率下的特征紋波電壓。

高頻紋波在電流通過晶體管開關并且然后用無源元件過濾電流時產生。紋波的頻率成分取決于半導體開關的開關頻率和開關速度。高頻紋波產生有害的電磁干擾(EMI)并且必須被高度去除以使變換器通過標準EMI要求。

常規的功率變換器通過減小輸入和輸出紋波通過EMI要求。減小通過以下方法來實現：大濾波器，開關頻率的降低，和/或開關速度的降低。這樣的技術在幾乎所有常規的功率變換器中普遍執行。然而，這些技術中的每一種技術的使用具有顯著的缺陷。使用大濾波器增加空間和成本。減小開關頻率增大無源元件的尺寸和成本。減小開關速度降低了效率。

AC電力系統的功率因數被定義為實際功率與視在功率的比，并且是0和1之間的數字。實際功率是用于在具體時間執行工作的電路的能力。視在功率是電路的電流和電壓的乘積。由于存儲在負載中并且返回到源的能量，或者由于使從源汲取的電流的波形失真的非線性負載，視在功率能大于實際功率。低功率因數負載增大電力分配系統的損失并且導致增大的能量成本。功率因數校正(PFC)是抵消造成小于1的功率因數的電負載的不期望的效果的技術。功率因數校正試圖將功率因數調節至一(1.00)。

高電力應用，以及一些低電力應用要求變換器以高功率因數從AC線路汲取電流。升壓變換器通常用來產生高功率因數輸出。橋式整流器通常連接至輸入AC電壓以用于在電壓升壓之前將輸入AC電壓變換成全波整流的DC電壓。然而，構成橋式整流器的整流二極管引起相當大的傳導損耗，從而導致功率變換效率降低。因此，包括橋式整流器的常規的PFC升壓變換器通常未能為高電力應用提供足夠的效率。

不包括橋式整流器，一般稱為無橋式PFC升壓變換器的PFC升壓變換器與具有橋式整流器的類似的PFC升壓變換器相比提供提高的效率和降低的傳導損失。圖1示出了常規的無橋式功率因數校正升壓變換器的電路圖。圖1中，升壓電感器L11耦合至輸入AC電壓Vin的第一節點，并且升壓電感器L12耦合至輸入AC電壓Vin的第二節點。晶體管開關S11耦合至升壓電感器L11，并且晶體管開關S12耦合至升壓電感器L12。整流二極管D11耦合至升壓電感器L11并且還與晶體管開關S11串聯。整流二極管D12耦合至升壓電感器L12并且還與晶體管開關S12串聯。整流二極管D11、D12通過第一母線耦合至輸出電容器C11，并且晶體管開關S11、S12通過第二母線耦合輸出電容器C11。輸出電容器C11耦合至負載R11。