CN101197544A

CN101197544A - 输入宽范围连续可调的无桥Buck-Boost PFC变换器

Info

Publication number: CN101197544A
Application number: CNA2007101448918A
Authority: CN
Inventors: 王卫; 徐殿国; 刘鸿鹏; 刘永光; 高强; 刘桂花
Original assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Current assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN100536306C

Abstract

输入宽范围连续可调的无桥Buck－Boost PFC变换器，它涉及的是电压变换的技术领域。它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工作状态，存在通态损耗显著增加、发热量增加的问题。它的开关管S1的集电极、二极管D1阴极接电容C1一端并接交流电源一端，开关管S2集电极、二极管D2阴极接电容C2一端并接交流电源(2)另一端，开关管S1发射极、开关管S2发射极、二极管D3阴极连接电感的一端，电容C1另一端、二极管D1阳极、电容C2另一端、二极管D2的阳极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

输入宽范围连续可调的无桥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，而提出了一种输入宽范围连续可调的无桥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、开关管S1、开关管S2、开关管S3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1、电容C2、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开关管S1的栅极、开关管S2的栅极、开关管S3的栅极；开关管S1的集电极、二极管D1的阴极连接电容C1的一端并接交流电源2的一端，开关管S2的集电极、二极管D2的阴极连接电容C2的一端并接交流电源2的另一端，开关管S1的发射极、开关管S2的发射极、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连接开关管S3的集电极和二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接电容C3的一端并连接负载R₀的一端，电容C1的另一端、二极管D1的阳极、电容C2的另一端与二极管D2的阳极连接后再通过第二电流检测器4连接二极管D3的阳极、开关管S3的发射极、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、开关管S1、开关管S2、开关管S3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1、电容C2、电容C3、电感L组成；

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，开关管S1、开关管S2选用的型号都为MX-RU2-600V/100A-M232，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控制开关管S1、开关管S3导通，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：

{Δi}_{L 1} = \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控制开关管S1导通，开关管S2、开关管S3截止，电感L电流下降，其增量为：

{Δi}_{L 2} = - \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控制开关管S1导通，开关管S2、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：

{Δi}_{L 1} = \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控制开关管S1、开关管S2、开关管S3截止，电感L电流下降，其增量为：

{Δi}_{L 2} = - \frac{V_{O}}{L} D_{2} T_{S}

M = \frac{V_{O}}{V_{i}} = D_{1} .

Claims

1.输入宽范围连续可调的无桥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)、开关管S1、开关管S2、开关管S3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1、电容C2、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开关管S1的栅极、开关管S2的栅极、开关管S3的栅极；其特征在于开关管S1的集电极、二极管D1的阴极连接电容C1的一端并接交流电源(2)的一端，开关管S2的集电极、二极管D2的阴极连接电容C2的一端并接交流电源(2)的另一端，开关管S1的发射极、开关管S2的发射极、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)连接开关管S3的集电极和二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接电容C3的一端并连接负载R₀的一端，电容C1的另一端、二极管D1的阳极、电容C2的另一端与二极管D2的阳极连接后再通过第二电流检测器(4)连接二极管D3的阳极、开关管S3的发射极、电容C3的另一端并连接负载R₀的另一端。