CN100536306C - 输入连续可调的无桥Buck-Boost PFC变换器 - Google Patents

Abstract

输入连续可调的无桥Buck-Boost PFC变换器，它涉及电压变换的技术领域。它解决了现有电压变换器在任一时刻电路中总有四个半导体器件处于工作状态，存在通态损耗显著增加、发热量增加的问题。它的第一开关管集电极同时接第一二极管阴极、第一电容一端和交流电源一端，第二开关管集电极同时接第二二极管阴极、第二电容一端和交流电源另一端，第一开关管发射极同时接第二开关管发射极、第三二极管阴极和电感一端，第一电容另一端同时接第一二极管阳极、第二电容另一端和第二二极管阳极后通过第二电流检测器接负载的另一端。本发明在不需要全桥整流的前提下能将交流电直接转换成稳压直流电，在任一时刻电路中只有三个半导体器件导通，使效率显著提高。

Description

输入连续可调的无桥Buck-Boost PFC变换器

技术领域

本发明涉及的是电压变换的技术领域。

背景技术

在输入电压宽范围可调的设备中，尤其是高电压输入时，为了得到合适的母线电压，就必须使用具有升降压特性的变换器。图1所示为级联式Buck-Boost PFC电路，因为具有较小的电压和电流应力，非常适用于宽范围电压输入尤其是高电压输入场合。但是，级联式Buck-Boost PFC电路由桥式整流电路和Buck-Boost变换器构成，在任一时刻电路中总有四个半导体器件处于导通状态。随着变换器功率等级和开关频率的提高，系统的通态损耗显著增加，整体效率降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有电压变换器在任一时刻电路中总有四个半导体器件处于导通状态，随着变换器功率等级和开关频率的提高，存在系统的通态损耗显著增加、整体效率降低、发热量增加的问题，而提出了一种输入连续可调的无桥Buck-Boost PFC变换器。

它由微控制器1、第一电流检测器3、第二电流检测器4、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、电感L组成；

微控制器1的第一电流检测输入端连接第一电流检测器3的信号输出端，微控制器1的第二电流检测输入端连接第二电流检测器4的信号输出端，微控制器1的第一电压检测的两个输入端分别连接在交流电源2的两端，微控制器1的第二电压检测的两个输入端分别连接在负载R₀的两端，微控制器1的三个控制输出端分别连接第一开关管S1的栅极、第二开关管S2的栅极、第三开关管S3的栅极；第一开关管S1的集电极、第一二极管D1的阴极连接第一电容C1的一端并接交流电源2的一端，第二开关管S2的集电极、第二二极管D2的阴极连接第二电容C2的一端并接交流电源2的另一端，第一开关管S1的发射极、第二开关管S2的发射极、第三二极管D3的阴极连接电感L的一端，电感L的另一端通过第一电流检测器3连接第三开关管S3的集电极和第四二极管D4的阳极，第四二极管D4的阴极连接第三电容C3的一端并连接负载R₀的一端，第一电容C1的另一端、第一二极管D1的阳极、第二电容C2的另一端与第二二极管D2的阳极连接后再通过第二电流检测器4连接第三二极管D3的阳极、第三开关管S3的发射极、第三电容C3的另一端并连接负载R₀的另一端。

本发明在不需要全桥整流的前提下能将交流电直接转换成稳压直流电，并在任一时刻电路中只有三个半导体器件导通，使效率显著提高。并具有结构简单、制造成本低廉、发热量小、容易维护、寿命长的优点。并且其EMI干扰理论与传统有桥Buck-Boost PFC一样。

附图说明

图1是背景技术中级联式Buck-Boost PFC电路结构示意图，

图2是本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图2说明本实施方式，本实施方式由微控制器1、第一电流检测器3、第二电流检测器4、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、电感L组成；

微控制器1的第一电流检测输入端连接第一电流检测器3的信号输出端，微控制器1的第二电流检测输入端连接第二电流检测器4的信号输出端，微控制器1的第一电压检测的两个输入端分别连接在交流电源2的两端，微控制器1的第二电压检测的两个输入端分别连接在负载R₀的两端，微控制器1的三个控制输出端分别连接第一开关管S1的栅极、第二开关管S2的栅极、第三开关管S3的栅极；第一开关管S1的集电极、第一二极管D1的阴极连接第一电容C1的一端并接交流电源2的一端，第二开关管S2的集电极、第二二极管D2的阴极连接第二电容C2的一端并接交流电源2的另一端，第一开关管S1的发射极、第二开关管S2的发射极、第三二极管D3的阴极连接电感L的一端，电感L的另一端通过第一电流检测器3连接第三开关管S3的集电极和第四二极管D4的阳极，第四二极管D4的阴极连接第三电容C3的一端并连接负载R₀的一端，第一电容C1的另一端、第一二极管D1的阳极、第二电容C2的另一端与第二二极管D2的阳极连接后再通过第二电流检测器4连接第三二极管D3的阳极、第三开关管S3的发射极、第三电容C3的另一端并连接负载R₀的另一端。

微控制器1选用的型号为UC3854，第一电流检测器3选用型号为TBC10LX的霍尔器件，第二电流检测器4选用低阻值的电阻，第一开关管S1、第二开关管S2选用的型号都为MX-RU2-600V/100A-M232，第三开关管S3选用的型号为IRF4PC40UDPbF。

输入电压为正半周期时，其工作原理如下：

当交流输入瞬时电压值低于输出电压时，变换器工作在Boost模式下。设开关周期为T_S，闭合时间D₁T_S，断开时间为D₂T_S，D1+D2＝1。在对于开关频率下，输入电压视为恒定。

在开关模态1时候，微控制器1控制第一开关管S1、第三开关管S3导通，第二开关管S2截止，电感L电流线性上升，经过D₁T_S后，达到峰值；其增量为：

${\mathrm{\Δi}}_{L1}=\frac{V_i}{L}{D}_1{T}_S$

当电感L电流达到峰值后，转入到开关模态2，微控制器1控制第一开关管S1导通，第二开关管S2、第三开关管S3截止，电感L电流下降，其增量为：

${\mathrm{\Δi}}_{L2}=-\frac{V_O-V_S}{L}{D}_{2}T$

由于稳态时这两个电流变化量相等，即Δi_L1＝|Δi_L2|。所以，电压增益M为：

$M=\frac{V_O}{V_i}=\frac{1}{1-D_1}=\frac{1}{D_2}.$

当交流输入瞬时电压值高于输出电压时，变换器工作在Buck模式下。设开关周期为T_S，闭合时间D₁T_S，断开时间为D₂T_S，D1+D2＝1。在对于开关频率下，输入电压视为恒定。

在开关模态3时候，微控制器1控制第一开关管S1导通，第二开关管S2、第三开关管S3截止，电感L电流线性上升，经过D₁T_S后，达到峰值。其增量为：

${\mathrm{\Δi}}_{L1}=\frac{V_i-V_O}{L}{D}_1{T}_S$

当电感L电流达到峰值后，转入到开关模态4，微控制器1控制第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3截止，电感L电流下降，其增量为：

${\mathrm{\Δi}}_{L2}=-\frac{V_O}{L}{D}_2{T}_S$

由于稳态时这两个电流变化量相等，即Δi_L1＝|Δi_L2|。所以，电压增益M为：

$M=\frac{V_O}{V_i}=D_1.$

Claims (1)

1、输入连续可调的无桥Buck-Boost PFC变换器，它由微控制器(1)、第一电流检测器(3)、第二电流检测器(4)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、电感(L)组成；

微控制器(1)的第一电流检测输入端连接第一电流检测器(3)的信号输出端，微控制器(1)的第二电流检测输入端连接第二电流检测器(4)的信号输出端，微控制器(1)的第一电压检测的两个输入端分别连接在交流电源(2)的两端，微控制器(1)的第二电压检测的两个输入端分别连接在负载(R₀)的两端，微控制器(1)的三个控制输出端分别连接第一开关管(S1)的栅极、第二开关管(S2)的栅极、第三开关管(S3)的栅极；其特征在于第一开关管(S1)的集电极、第一二极管(D1)的阴极连接第一电容(C1)的一端并接交流电源(2)的一端，第二开关管(S2)的集电极、第二二极管(D2)的阴极连接第二电容(C2)的一端并接交流电源(2)的另一端，第一开关管(S1)的发射极、第二开关管(S2)的发射极、第三二极管(D3)的阴极连接电感(L)的一端，电感(L)的另一端通过第一电流检测器(3)连接第三开关管(S3)的集电极和第四二极管(D4)的阳极，第四二极管(D4)的阴极连接第三电容(C3)的一端并连接负载(R₀)的一端，第一电容(C1)的另一端、第一二极管(D1)的阳极、第二电容(C2)的另一端与第二二极管(D2)的阳极连接后再通过第二电流检测器(4)连接第三二极管(D3)的阳极、第三开关管(S3)的发射极、第三电容(C3)的另一端并连接负载(R₀)的另一端。

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