CN101394091B - 电压反馈单级功率因数校正电路 - Google Patents

电压反馈单级功率因数校正电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电压反馈单级功率因数校正电路，包括第二整流器、升压电感、电容器、变压器电压反馈电路、高频开关管和带中心抽头的变压器，所述的第二整流器电路将输入的交流电整流为双脉波直流后传输到升压电感为其充电；所述的升压电感将第二整流器的输出电流传输到带中心抽头的变压器，并经过变压器将能量传输到副边输出；所述的电容器，用于平衡功率、减小输出纹波；所述的变压器电压反馈电路用于将母线电压耦合到升压电感，进一步限制了母线电压过高。本发明可提升电路效率，具有电路结构简单，容易实现，成本低，电路损耗低等优点。

Description

电压反馈单级功率因数校正电路
技术领域
本发明涉及一种电压反馈单级功率因数校正电路。更具体地说，本发明涉及一种带中心抽头变压器电压反馈、无桥式整流、旁路功率因数提升的单级功率因数校正电路。
背景技术
近些年来，国际上对用电设备的滤波要求越来越高，这也促使了滤波技术、功率因数校正技术的迅速发展。其中以单级有源PFC尤为明显，国际上单级PFC已经成为新兴研究热点，国内也慢慢开始将单级PFC的研究转向产品开发和生产。但是，单级PFC带来的如何降低母线电压、提高功率因数、提高整机效率、小型化等问题依然困扰其快速产品化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，而提出一种高效、高功率因数、低电压应力的电压反馈单级功率因数校正电路。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：电压反馈单级功率因数校正电路，包括第二整流器、升压电感、电容器、变压器电压反馈电路、高频开关管和带中心抽头的变压器，其特征在于：
所述的第二整流器，用于将输入的交流电整流为双脉波直流后传输到升压电感并为其充电，包括第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管构成的桥式整流电路；
所述的升压电感，用于将第二整流器的输出电流传输到带中心抽头的变压器，并经过变压器将能量传输到副边输出；所述的升压电感前端连接第二整流器输出端，后端连接到变压器的中心抽头；
所述的电容器，用于平衡功率、减小输出纹波，其正端接变压器的同名端，负端接地；
所述的变压器电压反馈电路用于将母线电压耦合到升压电感，限制母线电压过高；它包括一反馈绕组，所述的反馈绕组是变压器原边绕组的中间抽头和非同名端之间的一段绕组；
所述的高频开关管，其第一极接变压器原边绕组的非同名端，第二极接地，第三极接高频控制信号。
本发明的电压反馈单级功率因数校正电路，电压反馈绕组通过增加变压器中心抽头实现，电路结构简单，容易实现，且降低了成本。
本发明的的另一个优点是，电路由传统两级PFC整合并改造而得，前置级PFC电路和后置级DC/DC电路共用一个开关管，一套控制电路，进一步简化了电路结构，使得控制简单，小型化。电路根据不同功率等级及不同需要可以工作在不同状态下，主要有：DCM PFC+DCM DC/DC；DCM PFC+CCM DC/DC。
本发明的再一个优点是，适用拓扑广，不仅可使用在反激电路，也可适用于半桥电路、正激电路等各种拓扑。
根据本发明，所述的第五二极管和第六二极管优选快恢复或超快恢复的二极管，其封装是独立的两个二极管，或者是共阴极封装的二极管。
作为本发明的进一步改进，还设有第一整流器，所述的第一整流器包括第一二极管和第二二极管，并与所述的第三二极管和第四二极管构成桥式整流电路，将输入的交流电整流为双脉波直流后传输到电容器的正端，实现开机对电容器的预充电，使电路快速稳定，电路稳定工作后第一二极管和第二二极管反偏截止。所述的第一二极管和第二二极管的阳极分别接于交流电两侧，共阴极接于电容器的正端。所述的第一二极管和第二二极管是独立的两个二极管、或者是共阴极封装的二极管、或者是与第三二极管和第四二极管组成的桥堆的上半桥堆其中的任何一种形式。
作为本发明的进一步改进，还设有一个包括第八二极管、第九二极管和辅助电感的功率因数提升电路，在输入交流电压过零点附近，交流电的正半周或负半周通过该功率因数提升电路；所述的第八二极管、第九二极管的阳极分别接于交流输入两端，共阴极输出连接辅助电感的一端，辅助电感的另一端接于变压器原边绕组的非同名端。所述的第八二极管和第九二极管优选快恢复或超快恢复的二极管，其封装是独立的两个二极管，或者是共阴极封装的二极管。
根据本发明，所述变压器的中心抽头是变压器原边绕组同名端和非同名端之间的任何一点。所述的变压器可以是反激式、正激式或半桥式中的任何一种形式。
根据本发明，所述的高频开关管可以是N沟道或P沟道的功率MOSFET，或者是包括IGBT的任何一种半导体开关器件。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明方案一的电路图。
图2为本发明方案二的电路图。
图3为本发明方案一不用第一整流器的电路图。
图4为本发明方案二不用第一整流器的电路图。
具体实施方式
参照附图1，本发明的电压反馈单级功率因数校正电路方案一，电压反馈单级功率因数校正电路，包括第一整流器、第二整流器、升压电感La、电容器Cb、变压器电压反馈电路、高频开关管Q1和带中心抽头的变压器T1，其特征在于：
所述的第一整流器包括第一二极管D1和第二二极管D2，并与所述的第三二极管D3和第四二极管D4构成桥式整流电路，将输入的交流电整流为双脉波直流后传输到电容器Cb的正端，实现开机对电容器Cb的预充电，使电路快速稳定，电路稳定工作后第一二极管D1和第二二极管D2反偏截止。所述的第一二极管D1和第二二极管D2的阳极分别接于交流电两侧，共阴极接于电容器Cb的正端。所述的第一二极管D1和第二二极管D2是独立的两个二极管、或者是共阴极封装的二极管、或者是与第三二极管D3和第四二极管D4组成的桥堆的上半桥堆其中的任何一种形式。
所述的第二整流器，用于将输入的交流电整流为双脉波直流后传输到升压电感La并为其充电，包括第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6构成的桥式整流电路。所述的第五二极管D5和第六二极管D6都是快恢复或超快恢复的二极管，其封装是独立的两个二极管，或者是共阴极封装的二极管。
所述的升压电感La，用于将第二整流器的输出电流传输到带中心抽头的变压器T1，并经过变压器T1将能量传输到副边输出；所述的升压电感La前端连接第二整流器输出端，后端连接到变压器T1的中心抽头2。
所述的电容器Cb，用于平衡功率、减小输出纹波，其正端接变压器T1的同名端1，负端接地。
所述的变压器电压反馈电路用于将母线电压耦合到升压电感La，进一步限制了母线电压过高。它包括一反馈绕组N2，所述的反馈绕组N2是变压器原边绕组Np的中间抽头2和非同名端3之间的一段绕组。
所述的高频开关管Q1为一P沟道的功率MOSFET，其漏极接变压器原边绕组的非同名端3，源极接地，门极接高频控制信号。
所述变压器T1的中心抽头2是变压器原边绕组同名端1和非同名端3之间的任何一点。
本发明的发明点是：将升压电感通过快恢复二极管直接连接到变压器的中心抽头，实现电压反馈，控制了母线电压应力，提高了功率因数；第一整流器与第三二极管D3、第四二极管D4构成的整流等效电路比传统的电路少一个二极管，减少了器件损耗，提高电路效率。本发明电路相对简单、体积小、效率高，成本较低，实现容易，不受电路拓扑限制，使用方便，是一个非常有实用价值和经济效益的发明。
参照图2，本方案为本发明的第二方案，在方案一的基础上增加了功率因数提升电路，在方案一中输入交流电流因为反馈电压的影响，在过零点有一段死区，降低了功率因数。本发明方案增加的第八二极管D8、第九二极管D9及辅助电感Lb使得输入交流电压在过零点附近，交流电的正半周负半周通过第八二极管D8第九二极管D9、辅助电感Lb、三极管Q1，减少了电流的死区时间，有效地提升了电路的功率因数。其他部分工作情况和方案一相同，这里不再重复。
参照图3，本图为本发明方案一不用第一整流器的电路图，该电路没有第一整流器，与图1相比就少了开机预充功能，其他工作原理和电路功能都和电路1一致，这里不再重复。
参照图4，本图为本发明方案二不用第一整流器的电路图，该电路没有第一整流器，与图2相比就少了开机预充功能，其他工作原理和电路功能都和电路2一致，这里不再重复。
应该理解到的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是发明的保护范围。

Claims (10)

1.电压反馈单级功率因数校正电路，包括第二整流器、升压电感(La)、电容器(Cb)、变压器电压反馈电路、高频开关管(Q1)和带中心抽头的变压器(T1)，其特征在于：
所述的第二整流器，用于将输入的交流电整流为双脉波直流后传输到升压电感(La)并为其充电，包括第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)和第六二极管(D6)构成的桥式整流电路；
所述的升压电感(La)，用于将第二整流器的输出电流传输到带中心抽头的变压器(T1)，并经过所述变压器(T1)将能量传输到副边输出；所述的升压电感(La)前端连接第二整流器输出端，后端连接到所述变压器(T1)的中心抽头(2)；
所述的电容器(Cb)，用于平衡功率、减小输出纹波，其正端接所述变压器(T1)的同名端(1)，负端接地；
所述的变压器电压反馈电路用于将母线电压耦合到升压电感(La)，限制了母线电压过高，它包括一反馈绕组(N2)，所述的反馈绕组(N2)是所述变压器原边绕组(Np)的该中心抽头(2)和非同名端(3)之间的一段绕组；
所述的高频开关管(Q1)，其第一极接所述变压器原边绕组的非同名端(3)，第二极接地，第三极接高频控制信号。
2.如权利要求1所述的电压反馈单级功率因数校正电路，其特征在于所述的第五二极管(D5)和第六二极管(D6)都是快恢复或超快恢复的二极管，其封装是独立的两个二极管，或者是共阴极封装的二极管。
3.如权利要求1所述的电压反馈单级功率因数校正电路，其特征在于还设有第一整流器，所述的第一整流器包括第一二极管(D1)和第二二极管(D2)，并与所述的第三二极管(D3)和第四二极管(D4)构成桥式整流电路，将输入的交流电整流为双脉波直流后传输到电容器(Cb)的正端，实现开机对电容器(Cb)的预充电，使所述功率因数校正电路快速稳定，所述功率因数校正电路稳定工作后第一二极管(D1)和第二二极管(D2)反偏截止。
4.如权利要求3所述的电压反馈单级功率因数校正电路，其特征在于所述的第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的阳极分别接于交流电两侧，阴极连接在一起并接于电容器(Cb)的正端。
5.如权利要求4所述的电压反馈单级功率因数校正电路，其特征在于所述的第一二极管(D1)和第二二极管(D2)是独立的两个二极管、或者是共阴极封装的二极管、或者是与第三二极管(D3)和第四二极管(D4)组成的桥堆的上半桥堆。
6.如权利要求1所述的电压反馈单级功率因数校正电路，其特征在于还设有一个包括第八二极管(D8)、第九二极管(D9)和辅助电感(Lb)的功率因数提升电路，在输入交流电压过零点附近，交流电的正半周或负半周通过该功率因数提升电路；所述的第八二极管(D8)、第九二极管(D9)的阳极分别接于交流输入两端，阴极连接在一起并连接辅助电感(Lb)的一端，辅助电感(Lb)的另一端接于所述变压器原边绕组的非同名端(3)。
7.如权利要求6所述的电压反馈单级功率因数校正电路，其特征在于所述的第八二极管(D8)和第九二极管(D9)都是快恢复或超快恢复的二极管，其封装是独立的两个二极管，或者是共阴极封装的二极管。
8.如权利要求1所述的电压反馈单级功率因数校正电路，其特征在于所述变压器(T1)的中心抽头(2)是所述变压器原边绕组同名端(1)和非同名端(3)之间的任何一点。
9.如权利要求1-8任何一项所述的电压反馈单级功率因数校正电路，其特征在于所述的变压器(T1)是反激式、正激式或半桥式。
10.如权利要求1-8任何一项所述的电压反馈单级功率因数校正电路，其特征在于所述的高频开关管(Q1)是N沟道的功率MOSFET、P沟道的功率MOSFET或IGBT。
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