CN103227574A - 一种降压和升降压切换工作的无桥pfc变换器 - Google Patents

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张能
黄子田
肖文勋
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Abstract

本发明公开了一种降压和升降压切换工作的无桥PFC变换器，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、电感和电容；本发明当输入电压绝对值大于输出电压时，工作于Buck模式；当输入电压绝对值小于输出电压时，工作于Buck-Boost模式。本发明通过加入Buck-Boost工作模式，解决了Buck PFC变换器固有存在的死区问题，可以有效地提高变换器的功率因数。

Description

一种降压和升降压切换工作的无桥PFC变换器
技术领域
本发明涉及PFC变换器领域，具体涉及一种降压和升降压切换工作的无桥PFC变换器。
背景技术
目前广泛应用的PFC变换器为Boost变换器，要求Boost变换器的输出电压为400V左右，当输入电压较低时，它将工作于大占空比的状态，这会导致变换器发热严重，变换器功率密度受到限制；Sepic、Cuk以及Buck-Boost变换器也常应用于PFC场合，这些变换器虽然能达到很高的功率因数，但是开关应力很大，导致开关损耗增大，效率降低，成本升高；Buck变换器也越来越多地应用到PFC场合，但是由于其存在死区问题，功率因数的提高受到限制。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种降压和升降压切换工作的无桥PFC变换器，本发明工作于Buck和Buck-Boost两种工作模式，解决了Buck PFC变换器固有存在的死区问题。
本发明采用的技术方案：
一种降压和升降压切换工作的无桥PFC变换器，包括第一开关管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、第五二极管D5、第六二极管D6、电感L和电容C；
所述第一开关管S1的漏极分别与输入电压的一端、第二二极管D2的阴极连接，所述第一开关管S1的源级与第一二极管D1的阳极连接；
所述第一二极管D1的阴极与第四二极管D4的阴极、第三二极管D3的阳极、第六二极管D6的阳极连接，所述第六二极管D6的阴极与电容C的一端、输出电压的正极连接；
所述电容C的另一端分别与输出电压的负极和第三开关管S3的源级、电感L的一端连接；
所述电感L的另一端与第五二极管D5的阳极、第二开关管S2的漏极连接，所述第二开关管S2的源级和第二二极管D2的阳极连接；
所述第四二极管D4的阳极与输入电压的另一端、第五二极管D5的阴极连接；
所述第三二极管D3的阴极与第三开关管S3的漏极连接。
所述第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6为快恢复二极管，电容C为电解电容。
所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3用于阻断第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3所在支路电流回流。
一种Buck和Buck-Boost切换工作的无桥PFC变换器，当输入电压vin大于输出电压vo时，工作于Buck模式；当输入电压vin小于输出电压vo时，工作于Buck-Boost模式。
当变换器工作于Buck模式时，其中只有第一开关管S1、第二开关管S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、电感L和电容C工作；当变换器工作于Buck-Boost模式时，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、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第三二极管D3、电感L和电容C工作。
本发明的有益效果：
加入Buck-Boost工作模式，解决了Buck PFC变换器固有存在的死区问题，有效地提高了变换器的功率因数。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是本发明具体实施例在输入电压一个周期内开关序列、输入电流波形图；
图3a～图3d是本发明具体实施例在输入电压正半周内的工作流程图；其中图3a是变换器工作于BUCK-BOOST模式且开关管开通时的电路图，图3b是变换器工作于BUCK-BOOST模式且开关管闭合时的电路图，图3c是变换器工作于BUCK模式且开关管开通时的电路图，图3d是变换器工作于BUCK模式且开关管闭合时的电路图；
图4a～图4d是本发明具体实施例在输入电压负半轴内的工作过程图；其中图4a是变换器工作于BUCK-BOOST模式且开关管开通时的电路图，图4b是变换器工作于BUCK-BOOST模式且开关管闭合时的电路图，图4c是变换器工作于BUCK模式且开关管开通时的电路图，图4d是变换器工作于BUCK模式且开关管闭合时的电路图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种降压和升降压切换工作的无桥PFC变换器，包括第一开关管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、第五二极管D5、第六二极管D6、电感L和电容C；
所述第一开关管S1的漏极分别与输入电压的一端、第二二极管D2的阴极连接，所述第一开关管S1的源级与第一二极管D1的阳极连接；
所述第一二极管D1的阴极与第四二极管D4的阴极、第三二极管D3的阳极、第六二极管D6的阳极连接，所述第六二极管D6的阴极与电容C的一端、输出电压的正极连接；
所述电容C的另一端分别与输出电压的负极和第三开关管S3的源级、电感L的一端连接；
所述电感L的另一端与第五二极管D5的阳极、第二开关管S2的漏极连接，所述第二开关管S2的源级和第二二极管D2的阳极连接；
所述第四二极管D4的阳极与输入电压的另一端、第五二极管D5的阴极连接；
所述第三二极管D3的阴极与第三开关管S3的漏极连接。
所述第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6为快恢复二极管，电容C为电解电容。
所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3用于阻断第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3所在支路电流回流。
当输入电压绝对值|vin|大于输出电压vo时，变换器工作于Buck模式，其中只有第一开关管S1、第二开关管S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、电感L和电容C工作；
当输入电压绝对值vin小于输出电压vo时，变换器工作于Buck-Boost模式，此工作模式下，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、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第三二极管D3、电感L和电容C工作。
图3a～图3d和图4a～图4d中实线表示处于工作状态的部分，实线部分电路图表示工作时候的等效电路图。
当变换器工作在输入电压正半周时：
当输入电压绝对值vin小于输出电压vo时，此时变换器工作于Buck-Boost模式，如图3a、图3b所示，第一开关管S1和第三开关管S3同时开通和关断，其开关序列如图2中t0～t1阶段以及t2～t3阶段所示。
当输入电压绝对值vin大于输出电压vo时，此时变换器工作于Buck模式，如图3c、图3d所示，第三开关管S3一直关闭，第一开关管S1工作，其开关序列如图2中t1～t2阶段所示。
当变换器工作在输入电压负半周时：
当输入电压绝对值vin小于输出电压vo时，此时变换器工作于Buck-Boost模式，如图4a、图4b所示。第二开关管S2和第三开关管S3同时开通和关断，其开关序列如图2中t3～t4阶段以及t5～t6阶段所示。
当输入电压绝对值vin大于输出电压vo时，此时变换器工作于Buck模式，如图4c、图4d所示。第三开关管S3一直关闭，第二开关管S2工作，其开关序列如图2中t4～t5阶段所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种降压和升降压切换工作的无桥PFC变换器，其特征在于，包括第一开关管（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）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）、电感（L）和电容（C）；
所述第一开关管（S1）的漏极分别与输入电压的一端、第二二极管（D2）的阴极连接，所述第一开关管（S1）的源级与第一二极管（D1）的阳极连接；
所述第一二极管（D1）的阴极与第四二极管（D4）的阴极、第三二极管（D3）的阳极、第六二极管（D6）的阳极连接，所述第六二极管（D6）的阴极与电容（C）的一端、输出电压的正极连接；
所述电容（C）的另一端分别与输出电压的负极和第三开关管（S3）的源级、电感（L）的一端连接；
所述电感（L）的另一端与第五二极管（D5）的阳极、第二开关管（S2）的漏极连接，所述第二开关管（S2）的源级和第二二极管（D2）的阳极连接；
所述第四二极管（D4）的阳极与输入电压的另一端、第五二极管（D5）的阴极连接；
所述第三二极管（D3）的阴极与第三开关管（S3）的漏极连接。
2.根据权利要求1所述的一种降压和升降压切换工作的无桥PFC变换器，其特征在于，所述第四二极管（D4）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）为快恢复二极管，电容（C）为电解电容。
3.根据权利要求1所述的一种降压和升降压切换工作的无桥PFC变换器，其特征在于，第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）用于阻断第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第三开关管（S3）所在支路电流回流。
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