CN104753335A - 一种二次型Buck功率因数校正变换器 - Google Patents

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许建平
阎铁生
刘雪山
周国华
何圣仲
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    • H02M1/4258—Arrangements for improving power factor of AC input using a single converter stage both for correction of AC input power factor and generation of a regulated and galvanically isolated DC output voltage
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Abstract

本发明公开了一种二次型Buck功率因数校正变换器。交流电源VAC经过整流桥D1整流，整流桥的输出电压与LC滤波器相连接，LC滤波器的正端接二极管D2的阴极和电感L1的一端，LC滤波器的负端接二极管D3的阳极和开关管Q1的源级，二极管D3的阴极与二极管D2的阳极、二极管D4的阳极、以及电容C1的负极相连接，电感L1的另一端接电容C1的正极、二极管D5的阴极、和电感L2的一端，二极管D4的阴极接开关管Q1的漏级、二极管D5的阳极、输出电容C2的负极、以及输出负载RL的负端，电感L2的另一端接输出电容C2的正极、以及输出负载RL的正端。本发明仅仅需要采用一个控制器和一个开关管就可以同时实现功率因数校正功能和快速调节输出电压(电流)。

Description

一种二次型Buck功率因数校正变换器
技术领域
本发明涉及电力控制设备，尤其是一种二次型Buck功率因数校正变换器及其装置。
背景技术
近年来，电力电子技术迅速发展，作为电力电子领域重要组成部分的电源技术逐渐成为应用和研究的热点。开关电源以其效率高、功率密度高而确立了其在电源领域中的主流地位，但其通过整流器接入电网时会存在一个致命的弱点：功率因数较低(一般仅为0.45～0.75),且在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网。抑制开关电源产生谐波的方法主要有两种：一是被动法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或消除谐波；二是主动法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低以及功率因数高等特点，即具有功率因数校正功能。开关电源功率因数校正研究的重点，主要是功率因数校正电路拓扑的研究和功率因数校正控制集成电路的开发。传统的单级功率因数校正变换器的输出电压(电流)纹波大，动态响应速度慢，因此如图1所示，在传统带有功率因数校正功能的系统中，通常采用两级变换器级联的结构，第一级变换器实现功率因数校正功能，第二级变换器实现快速调节输出电压(电流)，且每一级变换器独立控制，因此传统的带有功率因数校正功能的系统中至少含有两个控制器和两个开关管，控制复杂且成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种二次型Buck功率因数校正变换器装置，使之仅使用一个控制器和一个开关管，同时实现功率因数校正、快速调节输出电压(电流)、和低输出电压(电流)纹波，并且该方法不使用变压器就可以实现高降压比。
本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是一种二次型Buck功率因数校正变换器，其具体作法是：
交流电源VAC经过整流桥D1整流，整流桥的输出电压与LC滤波器相连接，LC滤波器的正端接二极管D2的阴极和电感L1的一端，LC滤波器的负端接二极管D3的阳极和开关管Q1的源级，二极管D3的阴极与二极管D2的阳极、二极管D4的阳极、以及电容C1的负极相连接，电感L1的另一端接电容C1的正极、二极管D5的阴极、和电感L2的一端，二极管D4的阴极接开关管Q1的漏级、二极管D5的阳极、输出电容C2的负极、以及输出负载RL的负端，电感L2的另一端接输出电容C2的正极、以及输出负载RL的正端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、相对于传统的两级级联有功率因数校正功能的变换器，采用本发明的二次型Buck功率因数校正变换器，仅仅使用一个开关管和一个控制器，降低了开关管和控制器的数量，降低了整个系统的成本，降低了整个系统的设计难度，提高了功率密度；2、相对于传统的单级功率因数校正变换器，采用本发明的二次型Buck功率因数校正变换器，在实现功率因数校正功能的同时，也实现了快速调节输出电压(电流)和低输出电压(电流)纹波的功能。
附图说明
图1为传统两级级联功率因数校正变换器系统结构框图。
图2为二次型Buck功率因数校正变换器电路图。
图3为本发明实施例一电路框图。
图4为实施例一的实验波形图。测试条件：输入电压为110V/60Hz，输出为350mA的恒流源，输出负载为LED，LED的正向电压为20V。
图5为本发明实施例二的电路结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实例并结合附图对本发明做进一步详细的描述。
实施例一
图3为本发明实施例一的结构框图，图4为图3所示电路的实验波形。图3示出，本发明的例一具体实施方式为，一种恒流输出的二次型Buck功率因数校正变换器，其具体作法是：
交流电源VAC经过整流桥D1整流，整流桥的输出电压与LC滤波器相连接，LC滤波器的正端接二极管D2的阴极和电感L1的一端，LC滤波器的负端接二极管D3的阳极和开关管Q1的源级，二极管D3的阴极与二极管D2的阳极、二极管D4的阳极、以及电容C1的负极相连接，电感L1的另一端接电容C1的正极、二极管D5的阴极、和电感L2的一端，二极管D4的阴极接开关管Q1的漏级、二极管D5的阳极、输出电容C2的负极、以及输出电流采样电阻RS的一端，电感L2的另一端接输出电容C2的正极、以及输出恒流源负载的正端，输出恒流源负载的负端接输出电流采样电阻RS的另一端。运算放大器把输出电流采样电阻的电压与基准电压相比较，光耦将运算放大器输出的误差信号传递到比较器的负端，比较器和RS触发器根据误差信号和锯齿波调节开关管Q1的占空比，从而稳定输出电流。
图4为图3所示电路的实验波形，实验电路的输入电压为交流110V，交流输入的频率为60Hz，输出负载的额定电压为20V，输出电流为350mA。从图4波形可以看出：
输出电流稳定在350mA，输出电流纹波小，且输出电流没有二倍工频纹波成份，从输入电流可以看出变换器实验功率因数校正功能。
实施例二
图5为本发明实施例二的结构框图，图5示出本发明的例二具体实施方式为，一种恒压输出的二次型Buck功率因数校正变换器，其具体作法是：交流电源VAC经过整流桥D1整流，整流桥的输出电压与LC滤波器相连接，LC滤波器的正端接二极管D2的阴极和电感L1的一端，LC滤波器的负端接二极管D3的阳极和开关管Q1的源级，二极管D3的阴极与二极管D2的阳极、二极管D4的阳极、以及电容C1的负极相连接，电感L1的另一端接电容C1的正极、二极管D5的阴极、输出负载RL的正端、和输出电容C2的正极，二极管D4的阴极接开关管Q1的漏级、二极管D5的阳极、电感L2的一端，电感L2的另一端接输出电容C2的负极、以及输出负载RL的负端，输出电压采样电阻R1的一端连接输出负载RL的正端，输出电压采样电阻R1的另一端连接输出电压采样电阻R2的一端、和运算放大器的负端，输出电压采样电阻R2的另一端连接输出负载RL的负端。运算放大器把运算放大器负端电压与正端的基准电压相比较，光耦将运算放大器输出的误差信号传递到比较器的负端，比较器和RS触发器根据误差信号和锯齿波调节开关管Q1的占空比，从而稳定输出电压。

Claims (4)

1.一种二次型Buck功率因数校正变换器，包括交流电源VAC、整流桥D1、LC滤波器，二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电感L1、电容C1、电感L2、电容C1、开关管Q1、电容C2、及其负载RL，其特征在于，交流电源VAC经过整流桥D1整流，整流桥的输出电压与LC滤波器相连接，LC滤波器的正端接二极管D2的阴极和电感L1的一端，LC滤波器的负端接二极管D3的阳极和开关管Q1的源级，二极管D3的阴极与二极管D2的阳极、二极管D4的阳极、以及电容C1的负极相连接，电感L1的另一端接电容C1的正极、二极管D5的阴极、和电感L2的一端，二极管D4的阴极接开关管Q1的漏级、二极管D5的阳极、输出电容C2的负极、以及输出负载RL的负端，电感L2的另一端接输出电容C2的正极、以及输出负载RL的正端。
2.采用权利要求1所述的二次型Buck功率因数校正变换器，其特征在于，开关管Q1不仅限于Mosfet，也可以是三极管或者IGBT。
3.采用权利要求1所述的二次型Buck功率因数校正变换器，其特征在于，输出负载RL不仅限于电阻，也可以是LED、电池、电路系统负载。
4.采用权利要求1所述的二次型Buck功率因数校正变换器，其特征在于，电感L1工作在断续模式，电感L2工作在断续模式、临界连续模式、或者连续模式。
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