[發明專利]一種AC-DC變換系統

有效

• 申請號: 201710470031.7
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107294407B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 周玉斐
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M3/338;H02M3/335;H02M1/42
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 楊曉玲

本發明公開一種AC?DC變換系統，包括依次連接的輸入電路及整流橋、升降壓型PFC主電路和諧振型DC?DC變換電路，升降壓型PFC主電路上連接有PFC控制器，PFC控制器上連接母線電壓控制電路和母線電壓采樣電路，母線電壓控制電路上連接輸入電壓隔離采樣電路、輸出電流采樣電路，母線電壓控制電路根據輸入電壓和負載信息輸出母線電壓基準信號。本發明的優點在于母線電壓的設定不受輸入電壓的限制，可以高于也可以低于交流輸入電壓，有利于系統的優化設計；電路工作狀態可以根據輸入電壓狀況和負載狀況進行調節，使電路在全輸入電壓范圍和全負載范圍都工作在最優的狀態，實現高效率和高功率密度。

技術領域

本發明涉及一種AC-DC電能變換系統，具體的說是一種前級為升降壓型PFC，后級為諧振型DC-DC的高效率、高功率密度AC-DC電能變換器及其控制方法。

背景技術

AC-DC變換器通常包括功率因數校正(PFC)前級和直流變換(DC-DC)后級。其中PFC級通常采用BOOST型升壓拓撲，其特點在于BOOST整流輸出電壓即母線電壓必須高于交流輸入電壓，母線電壓的可控范圍較小，以90～264Vac的通用輸入為例，母線電壓必須大于373.3Vdc，由此帶來的問題包括：1、低壓輸入時前級的損耗增加明顯，限制了整機功率密度的提高；2、需要通過改變母線電壓實現后級優化設計時，母線電壓的可調范圍小，通常僅為373.3～400Vdc，這限制了后級的優化空間。在小功率場合，BUCK型降壓PFC也常常被采用，其輸出電壓必須低于輸入電壓，這使得：1、高壓輸入時，前級損耗較大，不利于功率密度的提高；2、當交流輸入電壓低于母線電壓時，由于降壓特性的限制，輸入電流理論上為零，這使得輸入電流的諧波增加。

因此，現有技術中如圖1和圖2所示的BOOST PFC、BUCK PFC都無法兼顧不同輸入電壓時的系統效率，同時母線電壓的調節都受到各自工作特性的限制，減小了輸出電壓或負載變化時，后級的優化空間。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以兼顧不同輸入電壓、負載狀況的AC-DC電能變化裝置及其控制方法，所采用的技術方案是：

一種AC-DC變換系統，包括輸入電路及整流橋、升降壓型PFC主電路、諧振型DC-DC變換電路、PFC控制器、母線電壓采樣電路、母線電壓控制電路、輸入電壓隔離采樣電路和輸出電流采樣電路；輸入電路及整流橋的輸入端連接交流電網，其輸出端連接升降壓型PFC主電路的輸入端，升降壓型PFC主電路的輸出作為中間直流母線連接諧振型DC-DC變換電路的輸入端，諧振型DC-DC變換電路將母線電壓進行直流變換后提供給負載，升降壓型PFC主電路上連接PFC控制器以接收實現功率因數校正和母線電壓調節所需要的占空比信號，PFC控制器上連接母線電壓采樣電路以實現母線電壓的閉環反饋，PFC控制器上還連接有母線電壓控制電路以獲取母線電壓基準信號，母線電壓控制電路上連接輸入電壓隔離采樣電路和輸出電流采樣電路，以根據不同的輸入電壓狀態和負載狀態設定不同的母線電壓并輸出所需的母線電壓基準信號。

進一步地，所述升降壓型PFC主電路包括第一開關管、第二開關管、第一電感、第一二極管、第二二極管、第一電容；整流橋的正輸出端依次通過連接的第一開關管第一端和第二端、第一電感、第二二極管和第一電容接地，第二二極管的陽極連接第一電感的第二端，第二二極管的陰極連接第一電容的正極；第一二極管的陰極連接第一開關管和第一電感的公共端，第一二極管的陽極接地；第二開關管的第一端連接第一電感和第二二極管的公共端，第二開關管的第二端接地；升降壓PFC控制器的輸出端連接第一開關管、第二開關管的第三端，控制第一開關管、第二開關管的通斷。

進一步地，所述升降壓型PFC主電路還可以是反向buck-boost、CUK、SEPIC、buck和boost組合型變換器或諧振變換器。