[發(fā)明專利]具有電壓變換器控制的準(zhǔn)諧振降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201711446433.X
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN109980929A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T.張;K.王
• 申請（專利權(quán)）人: 弗萊克斯有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/42
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 胡琪

所述零電壓切換準(zhǔn)諧振PFC降壓?升壓轉(zhuǎn)換器涉及一種電路以及一種操作所述電路的方法，與傳統(tǒng)的無橋PFC降壓?升壓轉(zhuǎn)換器相比，所述電路和方法提供了提高的效率、減少的切換損耗以及以較高頻率操作。所述零電壓切換準(zhǔn)諧振PFC降壓?升壓轉(zhuǎn)換器包括：降壓晶體管開關(guān)，耦合至輸入AC電壓源；PFC晶體管開關(guān)和PFC二極管，耦合至輸出電壓大容量電容器；以及過零檢測電感器，磁性地耦合至降壓?升壓電感器以便確定導(dǎo)通所述降壓晶體管開關(guān)和所述PFC晶體管開關(guān)的最小電壓電平。具有電壓變換器控制的所述零電壓切換準(zhǔn)諧振PFC降壓?升壓轉(zhuǎn)換器通過使用不同的電壓模式和過零檢測控制解決了傳統(tǒng)的無橋PFC降壓?升壓轉(zhuǎn)換器的問題。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明總體上涉及電源轉(zhuǎn)換器。更具體地，本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)諧振降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

電源轉(zhuǎn)換是指將一種形式的電源轉(zhuǎn)換為另一種期望形式的電壓，例如，將由公用事業(yè)公司供應(yīng)的115伏或230伏交流電(AC)轉(zhuǎn)換為用于電子設(shè)備的經(jīng)調(diào)節(jié)的較低電壓直流電(DC)，被稱為AC到DC電源轉(zhuǎn)換。

開關(guān)模式電源、開關(guān)式電源或SMPS是結(jié)合了開關(guān)調(diào)節(jié)器的電源。雖然線性調(diào)節(jié)器使用偏置在其有源區(qū)域中的晶體管來指定輸出電壓，但是SMPS主動(dòng)地將晶體管在完全飽和與完全截止之間以高速率進(jìn)行切換。所產(chǎn)生的矩形波形然后經(jīng)過低通濾波器(通常為電感器和電容器(LC)電路)來實(shí)現(xiàn)接近的輸出電壓。開關(guān)式電源使用高頻開關(guān)、晶體管、利用變化的占空比來維持輸出電壓。由切換導(dǎo)致的輸出電壓變化被LC濾波器過濾掉。

SMPS可以提供升壓、降壓或反相輸出電壓的功能。SMPS通過暫時(shí)存儲(chǔ)輸入能量并且然后將能量以不同的電壓釋放到輸出端來將輸入電壓電平轉(zhuǎn)換為另一電平。可以或者在電磁元件(比如電感器或變壓器)中或者靜電元件(比如電容器)中進(jìn)行存儲(chǔ)。

SMPS相對于線性電源的優(yōu)點(diǎn)包括尺寸更小、電源效率更高、以及發(fā)熱量更低。缺點(diǎn)包括以下事實(shí)：SMPS通常比線性電源更復(fù)雜、生成可能需要仔細(xì)抑制的高頻電噪聲、并且在切換頻率上具有特性紋波電壓。

AC電力系統(tǒng)的功率因數(shù)被限定為實(shí)際功率與視在功率之比，并且是0與1之間的數(shù)字。實(shí)際功率是電路在特定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行工作的能力。視在功率是電路的電流與電壓的乘積。由于存儲(chǔ)在負(fù)載中并返回到電源的能量，或者由于使從電源汲取的電流的波形失真的非線性負(fù)載，視在功率可能大于實(shí)際功率。低功率因數(shù)負(fù)載增加了電力分配系統(tǒng)的損耗，并且導(dǎo)致增加的能量成本。功率因數(shù)校正(PFC)是一種抵消電負(fù)載的產(chǎn)生小于1的功率因數(shù)的不期望效果的技術(shù)。功率因數(shù)校正試圖將功率因數(shù)調(diào)整為單位一(1.00)。

高功率應(yīng)用和一些低功率應(yīng)用需要轉(zhuǎn)換器以高功率因數(shù)從AC線路中汲取電流。升壓轉(zhuǎn)換器通常用于產(chǎn)生高功率因數(shù)輸入。橋式整流器通常連接至輸入AC電壓以用于在電壓被升壓之前將輸入AC電壓轉(zhuǎn)換成全波整流的DC電壓。然而，構(gòu)成橋式整流器的整流二極管產(chǎn)生相當(dāng)大的傳導(dǎo)損耗，從而導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換效率退化。如此，包括橋式整流器的傳統(tǒng)PFC升壓轉(zhuǎn)換器通常無法為高功率應(yīng)用提供充足的效率。

與具有橋式整流器的類似PFC升壓轉(zhuǎn)換器相比，不包括橋式整流器的PFC升壓轉(zhuǎn)換器(通常被稱為無橋PFC升壓轉(zhuǎn)換器)提供了提高的效率和減少的傳導(dǎo)損耗。圖1展示了傳統(tǒng)無橋功率因數(shù)校正升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖。在圖1中，電感器L1耦合至輸入AC電壓V_輸入上的第一節(jié)點(diǎn)。晶體管開關(guān)Q1耦合至電感器L1。電感器L10磁性地耦合至電感器L1。二極管D1耦合至電感器L1并且耦合至晶體管開關(guān)Q1。二極管D1耦合至大容量輸出電容器C_輸出。輸出電壓為大容量輸出電容器C_輸出兩端的電壓。負(fù)載耦合至大容量輸出電容器C_輸出。電容器C1耦合在輸入AC電壓V_輸入的兩端并且用作濾波器。