CN105337515A - 一种高效率双Boost倍压PFC变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种高效率双Boost倍压PFC变换器，由一个电感、两个不带反并联二极管的IGBT、两个二极管、两个电容组成，所述电感的一端与输入交流电压源的一端连接，电感的另一端分别与第一IGBT的集电极、第二IGBT的发射极、第一二极管的阳极、第二二极管的阴极连接，输入交流电压源的另一端分别与第一IGBT管的发射极、第二IGBT管的集电极、第一电容的负极、第二电容的正极连接，第一电容的正极、第一二极管的阴极与负载的一端连接，第二电容的负极、第二二极管的阳极与负载的另一端连接。本发明拓扑结构简单，电压增益高，效率高，可以实现交流侧单位功率因数运行。
Description
技术领域
本发明涉及AC/DC变换领域，尤其涉及一种高效率双Boost倍压功率因数校正电路。
背景技术
目前大量的使用桥式不控整流不仅给电网造成了严重的谐波污染，而且交流侧功率因数的偏低也造成了电能的浪费。功率因数校正技术能够实现交流侧电流跟踪交流侧电压，可以提高交流侧的功率因数。
传统的单相BoostPFC电路的输入电压一般较高才能得到足够高的输出电压，如果输入电压较低就必须要求升压电感增大，这就导致了系统的体积和损耗的增大。业内人士就此提出了倍压BoostPFC变换器，但传统的倍压BoostPFC变换器所用开关器件过多造成效率偏低。
为了解决上述的问题，本发明提出了一种高效率双Boost倍压PFC变换器。
发明内容
针对现有倍压BoostPFC变换器功率损耗大、效率偏低等问题，本发明的目的在于一种结构简单的双Boost倍压PFC电路，能降低电路损耗，提高转换效率。
为了达到以上所述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高效率双Boost倍压PFC变换器，由一个电感、两个不带反并联二极管的IGBT、两个二极管、两个电容组成，所述电感的一端与输入交流电压源的一端连接，电感的另一端分别与第一IGBT的集电极、第二IGBT的发射极、第一二极管的阳极、第二二极管的阴极连接，输入交流电压源的另一端分别与第一IGBT的发射极、第二IGBT的集电极、第一电容的负极、第二电容的正极连接，第一电容的正极、第一二极管的阴极与负载的一端连接，第二电容的负极、第二二极管的阳极与负载的另一端连接。
进一步地，当输入交流电压源Vin在正半周时，第一IGBT管的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断，第二IGBT管的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在正半周期时，交流电压源、电感、第一IGBT管、第一二极管、第一电容共同组成一个Boost电路。
进一步地，当输入交流电压源在负半周时，第二IGBT管的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断，第一IGBT管的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在负半周期时，交流电压源、电感、第二IGBT管、第二二极管、第二电容共同组成另一个Boost电路。
进一步地，第一电容和第二电容参数相同而且足够大能够保证第一电容、第二电容两端的电压稳定，负载两端的输出直流电压为第一电容两端电压和第二电容两端电压的和。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1、传输效率高。本发明采用两个反并联的IGBT管分别工作在输入交流电源的正负半周，每个半周可以视为一个Boost电路。采用不带反并联二极管的IGBT，电源正负半周的电感充电回路中只有一个开关器件导通，在电源正负半周的电感放电回路中也只有一个开关器件导通，损耗得到大幅度降低，整机效率得到提高。
2、电路结构简单、运行稳定。本发明与传统的倍压BoostPFC变换器相比，省去了一个电感和两个二极管，而且采用无并联二极管的IGBT，电路结构简单，而且避免了2个电感参数根据系统运行而变化造成波动，电路运行更加稳定。
3、电压增益高。本发明相比传统的PFC电路具有更高的电压增益。
附图说明
图1是本发明的一种高效率双Boost倍压PFC变换器结构图；
图2a、图2b分别是图1所示电路在输入电压正半周时第一IGBT管开通和关断时的工作示意图；
图3a、图3b分别是图1所示电路在输入电压负半周时第二IGBT管开通和关断时的工作示意图；
图4是实验得到交流侧输入交流电压与电流的波形图；
图5是实验得到直流侧输出直流电压的波形图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
如图1所示，一种高效率双Boost倍压PFC变换器，由一个电感L、两个不带反并联二极管的IGBT（S1-S2）、两个二极管（D1-D2）、两个电容（C1-C2）组成，所述电感L的一端与输入交流电压源Vin的一端连接，电感L的另一端分别与第一IGBTS1的集电极、第二IGBTS2的发射极、第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极连接，输入交流电压源Vin的另一端分别与第一IGBTS1的发射极、第二IGBTS2的集电极、第一电容C1的负极、第二电容C2的正极连接，第一电容C1的正极、第一二极管D1的阴极与负载R的一端连接，第二电容C2的负极、第二二极管D2的阳极与负载R的另一端连接。
如图2a~2b，当输入交流电压源Vin在正半周时，第一IGBT管S1的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断，第二IGBT管S2的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在正半周期时，交流电压源Vin、电感L、第一IGBT管S1、第一二极管D1、第一电容C1共同组成一个Boost电路。当控制第一IGBT管S1导通时，输入交流电压源Vin对电感L正向进行充电储能，第一电容C1和第二电容C2对负载R放电。当控制第一IGBT管S1关断时，输入交流电压源Vin、电感L、第一二极管D1、第一电容C1和第二电容C2和负载R形成通路，此时第一电容C1进行充电，第二电容C2进行放电。根据输出直流电压U0的要求调整第一IGBT管S1的导通和关断时间。
如图3a~3b，当输入交流电压源Vin在负半周时，第二IGBT管S2的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断，第一IGBT管S1的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在负半周期时，交流电压源Vin、电感L、第二IGBT管S2、第二二极管D2、第二电容C2共同组成另一个Boost电路。当控制第二IGBT管S2导通时，输入交流电压源Vin对电感L反向进行充电储能，第一电容C1和第二电容C2对负载R放电。当控制第二IGBT管S2关断时，输入交流电压源Vin、电感L、第二二极管D2、第一电容C1和第二电容C2和负载R形成通路，此时第二电容C2进行充电，第一电容C1进行放电。根据输出直流电压U0的要求调整第二IGBT管S2的导通和关断时间。
如图4，实验参数为：输入交流电源Vin=220V/50HZ，电感L=3mH，输出功率Pout=1kW，电容C1=C2=1000μF，输出电压Uo=400V，IGBT开关频率fs=50HZ，IGBT选用英飞凌的FGW40N120H。实验验证本发明交流侧输入电流跟踪输入电压，可实现单位功率因数运行，电流谐波小。
如图5，在同样的实验参数下，得到第一电容C1两端直流电压Uo1和第二电容C2两端直流电压Uo2，可以看出这两个电压稳定，纹波小，负载电压Uo为第一电容C1两端直流电压Uo1和第二电容C2两端直流电压Uo2的和。
本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上述实施例。
Claims (4)
1.一种高效率双Boost倍压PFC变换器，其特征在于，由一个电感（L）、两个不带反并联二极管的IGBT（S1-S2）、两个二极管（D1-D2）、两个电容（C1-C2）组成，所述电感（L）的一端与输入交流电压源（Vin）的一端连接，电感（L）的另一端分别与第一IGBT（S1）的集电极、第二IGBT（S2）的发射极、第一二极管（D1）的阳极、第二二极管（D2）的阴极连接，输入交流电压源（Vin）的另一端分别与第一IGBT（S1）的发射极、第二IGBT（S2）的集电极、第一电容（C1）的负极、第二电容（C2）的正极连接，第一电容（C1）的正极、第一二极管（D1）的阴极与负载（R）的一端连接，第二电容（C2）的负极、第二二极管（D2）的阳极与负载（R）的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效率双Boost倍压PFC变换器，其特征在于，当输入交流电压源（Vin）在正半周时，第一IGBT管（S1）的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断，第二IGBT管（S2）的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在正半周期时，交流电压源（Vin）、电感（L）、第一IGBT管（S1）、第一二极管（D1）、第一电容（C1）共同组成一个Boost电路。
3.根据权利要求1所述的一种高效率双Boost倍压PFC变换器，其特征在于，当输入交流电压源（Vin）在负半周时，第二IGBT管（S2）的集电极和发射极之间承受正向电压，通过给定栅极信号控制它的导通和关断，第一IGBT管（S1）的集电极和发射极之间承受反向电压而关断；当工作在负半周期时，交流电压源（Vin）、电感（L）、第二IGBT管（S2）、第二二极管（D2）、第二电容（C2）共同组成另一个Boost电路。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种高效率双Boost倍压PFC变换器，其特征在于，第一电容（C1）和第二电容（C2）参数相同而且足够大能够保证第一电容（C1）、第二电容（C2）两端的电压稳定，负载两端的输出直流电压为第一电容（C1）两端电压和第二电容（C2）两端电压的和。
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