CN102611294A - Cuk电路与Flyback电路集成的单级PFC电路 - Google Patents

Cuk电路与Flyback电路集成的单级PFC电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单级的PFC（功率因数校正）电路。更具体说本发明涉及一种将降压Cuk电路与Flyback电路集成的功率因数校正电路。其主要包括:高频变压器T1，输入电感L1，输出电感L2，Cuk电路储能电容C1，储能电容C2，输出电容C3，一个功率MOS管Q1，四个二极管D1、D2、D3、D4以及一桥式整流。本发明通过降压Cuk电路与Flyback电路共用一个功率MOS管分别实现PFC功能和后级DC-DC变换功能。本发明能实现高效降压输出，减少电压应力并能同时达到输入与输出极性相同等特点，由于本发明采用两个电感同时对负载进行供电，电路的效率得到了有效提高。

Description

Cuk电路与Flyback电路集成的单级PFC电路
技术领域
本发明涉及一种单级的PFC（功率因数校正）电路。更具体说本发明涉及一种将降压型Cuk电路与Flyback电路集成的功率因数校正电路。 
背景技术
为了满足电磁兼容低频谐波标准的强制性要求，功率因数校正技术（Power Factor Correction，简称PFC）成为必要和关键技术。
功率因数校正技术可为无源功率因数校正技术、有源两级功率因数校正技术、有源单级功率因数校正技术等。无源PFC的元器件体积相对较大，不适合在小型化开关电源中应用，有源两级PFC元器件数量较多，成本较高，不利于小型化开关电源的成本优化，有源单级 PFC 电路元器件较少，控制简单、转换效率高、成本较低，很适合在中小功率、低成本、高可靠性开关电源上应用。 
常见的单级PFC电路结构有Boost+Flyback集成的单级PFC电路；Buck+Flyback集成的单级PFC电路；Buck-Boost+Flyback集成的单级PFC电路。其中，Boost+Flyback的单级PFC电路中，由于Boost电路本身就有升压功能，所以储能电容上的电压要高于输入电压，因此电容上的电压应力较高。此外功率MOS管的电流应力较大，功率MOS管损耗也较大，不利于这个电路的效率的提高；Buck-Boost+Flyback集成的单级PFC电路的前级Buck-Boost电路输出端与输入端的极性相反，此外该电路同样具有功率MOS管的电流应力较大，功率MOS管损耗较大等缺点。Buck+Flyback集成的单级PFC电路的前级Buck电路具有降压功能，输入电流不连续，效率不高。
Cuk电路由于输入输出两端都具有电感，输入与输出电流都是连续的，可减小交流纹波电流，在应用中常常不需要再附加输入输出滤波器。具有优良的直流变压特性。但由于输入与输出的极性相反,存在与Buck-Boost电路同样电压应力问题，所以该电路的应用并不多。
在许多应用场合，都需要降压电路，如LED照明驱动、通讯、IPM（Intelligent Power Module）驱动、MCU供电、继电器和交流开关供电等领域，尤其在LED照明领域，应用较为广泛。
发明内容
本发明的目的是提供一种降压Cuk电路与Flyback电路集成的单级PFC电路，本发明能实现高效降压输出，减少电压应力并能同时达到输入与输出极性相同等特点，由于本发明采用两个电感同时对负载进行供电，电路的效率得到了有效提高。
本发明采用以下方案实现：一种降压Cuk电路与Flyback电路集成的单级PFC电路，包括一交流电源，其特征在于：所述交流电源经一整流桥进行全波整流，该整流桥的输出一端接地，另一端接Cuk电路电感L1的A端；所述电感L1的B端分别接Cuk电路电容C1的一端和功率MOS管Q1的漏极；所述Cuk电路电容C1另一端接电感L2的C端，该电感L2的D端接地；所述功率MOS管Q1的栅极接驱动信号，该功率MOS管Q1的源极接Flyback变压器T1原边E端和二极管D3的阳极；所述二极管D3的阴极连接储能电容C2的正极；所述储能电容C2的负极和Flyback变压器T1原边F端接地；Cuk电路中的电感L2的C端连接二极管D1阳极，该二极管D1阴极接到储能电容C2的正极；所述储能电容C2的正极还与二极管D2的阳极连接，该二极管D2阴极连接到功率MOS管Q1的漏极；在Flyback电路中变压器T1的副边绕组的H端接二极管D4的阳极，该二极管D4的阴极接储能电容C4的正极和负载RL的一端，所述储能电容C4的负极和负载RL的另一端连接变压器T1副边G端。
在本发明一实施例中，所述二极管D1、D2、D3、D4为快速恢复二极管。
在本发明一实施例中，所述的电感L1和电感L2共用一个磁芯。
本发明的有益效果是：
1、降压Cuk电路与Flyback电路集成实现一种隔离单级PFC电路（功率因数电路）；
2、将储能电容C2和Flyback的原边接到Cuk电路的功率MOS管Q1的源极和地之间，可以实现降压功能，减少电压应力，同时实现输入输出同极性；
3、将储能电容C2和Flyback的原边接到Cuk电路的功率MOS管Q1的源极和地之间，这样，在功率MOS管导通时，Cuk电路的输入电感L1、输出电感L2，以及电容C1同时给Flyback变压器T1原边和储能电容供电；功率MOS管关断时，输入电感L1、电容C1和输出电感L2仍然同时给储能电容C2进行充电。所述电路提高了效率。
4、本发明的进一步改进，可以将输入电感L1和输出电感L2共用一个磁芯，进一步提高电路的功率密度。
附图说明
图1为本发明的电路连接示意图；
图2为本发明电路中功率MOS管Q1导通时的工作模态示意图；
图3为本发明电路中功率MOS管Q1关断时的工作模态示意图；
图4为本发明在LED照明中的一个实施例电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参见图1，从图中可知：交流电源先经过四个普通整流二极管D5、D6、D7、D8所构成的整流桥进行全波整流，整流桥输出一端接地，另一端接Cuk电路电感L1的A端，L1的B端分别接Cuk电路电容C1的一端和功率MOS管Q1的漏极，Cuk电路电容C1另一端接电感L2的C端，电感L2的D端接地。功率MOS管Q1的栅极接驱动信号，功率MOS管Q1的源极接Flyback变压器T1原边E端和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接储能电容C2的正极，储能电容C2的负极和Flyback变压器T1原边F端接地；此外，Cuk电路中L2的C端又连接二极管D1阳极，二极管D1阴极接到储能电容C2的正极；储能电容C2正极接到二极管D2阳极，而二极管D2阴极连接到功率MOS管的漏极。在Flyback电路中变压器T1的副边绕组的H端接二极管D4的阳极，D4的阴极接储能电容C4的正极和负载一端，电容C4的负极和负载的另一端连接变压器T1副边G端。
由于降压Cuk电路的负载输出位置的改变，可以实现降压输出，减少电路元件的电压和电流应力，提高电路的效率。在CCM模式下，具体工作模态见附图2和附图3。
参照附图2，整流桥输出电压波形为单向馒头波，在功率MOS管Q1导通时，降压Cuk电路部分，输入电感L1、电容C1和输出L2同时通过功率MOS管Q1对Cuk电路的L1、L2进行充电；同时, 储能电容C2经过二极管D2也通过功率MOS管Q1对Flyback部分中的变压器T1的原边绕组充电，变压器原边电压极性E端为正，F端为负，根据变压器原副边绕组的同名端关系，副边绕组电压极性G端为正，H端为负，二极管D4承受反向电压而截止，所以变压器的副边绕组没有电流，副边的负载依靠输出电容C3供电而工作。
参照附图3，在功率MOS管Q1截止时，降压Cuk电路部分，输入电感L1、电容C1和输出电感L2通过二极管D1能同时对Cuk电路的储能电容C2进行放电，充放电能量都传递给输出储能电容，从而提高了电路的效率。如果输入电感L1和输出电感L2按图中所示的同名端共用一个磁芯，则可以进一步提高电路的功率密度。由于功率MOS管Q1截止，变压器原边绕组关断电流，由于电感阻碍电流变化引起原边绕组的E端电压极性为负，F端为正，根据变压器原副边的同名端关系, 变压器的副边绕组的H端电压极性为正，G端为负，二极管D4承受正向电压而导通，此时，变压器的原边绕组电感储能通过副边绕组放电并对输出电容C3和负载进行供电。 
参照附图4，这是一个将本发明应用到LED照明中的实施例,是该发明用在带隔离降压输出场合的一个例子, 是一个典型具体实施案例。
最后，还需要注意的是，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。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种Cuk电路与Flyback电路集成的单级PFC电路，包括一交流电源，其特征在于：所述交流电源经一整流桥进行全波整流，该整流桥的输出一端接地，另一端接Cuk电路电感L1的A端；所述电感L1的B端分别接Cuk电路电容C1的一端和功率MOS管Q1的漏极；所述Cuk电路电容C1另一端接电感L2的C端，该电感L2的D端接地；所述功率MOS管Q1的栅极接驱动信号，该功率MOS管Q1的源极接Flyback变压器T1原边E端和二极管D3的阳极；所述二极管D3的阴极连接储能电容C2的正极；所述储能电容C2的负极和Flyback变压器T1原边F端接地；Cuk电路中的电感L2的C端连接二极管D1 阳极，该二极管D1阴极接到储能电容C2的正极；所述储能电容C2的正极还与二极管D2的阳极连接，该二极管D2阴极连接到功率MOS管Q1的漏极；在Flyback电路中变压器T1的副边绕组的H端接二极管D4的阳极，该二极管D4的阴极接储能电容C4的正极和负载RL的一端，所述储能电容C4的负极和负载RL的另一端连接变压器T1副边G端。
2.根据权利要求1所述的Cuk电路与Flyback电路集成的单级PFC电路，其特征在于：所述二极管D1、D2、D3、D4为快速恢复二极管。
3.根据权利要求1所述的Cuk电路与Flyback电路集成的单级PFC电路，其特征在于：所述的电感L1和电感L2共用一个磁芯。
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