CN108683343A - 伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供伪连续导电模式Buck‑Boost无桥PFC变换器，包括交流电源、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一开关管、第二开关管、电感、输出滤波电容和负载；所述的交流电源Vin 一端与第一二极管阳极和第一开关管发射极连接；交流电源Vin 另一端与第二二极管阳极和第二开关管发射极连接；第一二极管阴极与第二二极管阴极、电感一端和输出滤波电容一端连接；电感另一端与第三二极管阳极、第一开关管集电极、第二开关管集电极连接；第三二极管阴极和输出滤波电容另一端连接。负载与滤波电容并联。本发明电路能够在宽电压的输入范围内进行功率因数校正并且具有较高的效率。

Description

伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器。
背景技术
工作于电感电流连续模式的Boost PFC变换器对负载变化的动态响应能力差，且负载较轻时输入电流在输入电压过零点附近严重失真；工作于电感电流不连续模式的Boost PFC变换器开关管电流应力较大，限制了其输出功率范围，使其仅适用于小功率场合。此外，针对90～265V交流输入电压有效值范围，需要增大Boost PFC变换器的设计裕量，从而导致难以在宽输入电压范围内取得较高的效率。因此，研究能在宽输入电压范围内具有快速动态响应速度的升降压PFC变换器很有价值。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器。除了CCM和DCM工作模式，恒定开关频率变换器还可工作于伪连续导电模式，与DCM变换器相比，PCCM变换器极大地提高了带载能力，且具有优于CCM和DCM变换器的动态响应速度。
本发明的目的至少通过如下技术方案实现。
本发明的伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器具体包括交流电源Vin、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一开关管、第二开关管、电感、输出滤波电容和负载。
本发明电路具体的连接方式为：所述的交流电源Vin一端与第一二极管阳极和第一开关管发射极连接。交流电源Vin另一端与第二二极管阳极和第二开关管发射极连接。第一二极管阴极与第二二极管阴极、电感一端和输出滤波电容一端连接。电感另一端与第三二极管阳极、第一开关管集电极、第二开关管集电极连接。第三二极管阴极和输出滤波电容另一端连接。负载与输出滤波电容并联。
与现有技术相比，本发明电路具有的优势为：本发明电路结构简单，容易实现，能够工作在伪连续导电模式，提高了动态响速度，属于无桥变换器，效率高，能在宽输入电压范围内工作。
附图说明
图1为一种伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器结构图。
图2a～2f为输入电压正负半周内电路模态图。
图3为主要元件的电压电流波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方案进行具体说明，但本发明的实施不限于此，需指出的是以下若有未特别详细说明之符号或过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。
本实例的基本拓扑结构和控制框图如图1所示，该伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器，包括交流电源、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第一开关管S1、第二开关管S2、电感L1、输出滤波电容CO和负载。所述的交流电源一端与第一二极管VD1阳极和第一开关管S1发射极连接；交流电源另一端与第二二极管VD2阳极和第二开关管S2发射极连接；第一二极管VD1阴极与第二二极管VD2阴极、电感L1一端和输出滤波电容CO一端连接；电感L1另一端与第三二极管VD3阳极、第一开关管S1集电极、第二开关管S2集电极连接；第三二极管VD3阴极和输出滤波电容CO另一端连接；负载与滤波电容CO并联。
为了分析方便，电路结构中的器件均视为理想器件。图2a～2f为输入电压正负半周T内电路模态图。
在(t0～t1)阶段，电路在此阶段的模态图如图2a所示，在输入电压的正半周，第一二极管VD1导通，当第二开关管S2导通时，交流输入电源Vin给电感L1充电，同时输出滤波电容CO给负载供电。
在(t1～t2)阶段，电路在此阶段的模态图如图2b所示，第二开关管S2关断，第一开关管S1导通，电感L1通过第一开关管S1和第一二极管VD1自然续流，电感上的电流保持不变，同时输出滤波电容CO给负载供电。
在(t2～t3)阶段，电路在此阶段的模态图如图2c所示，第二开关管S2关断，第一开关管S1关断，电感L1通过第三二极管VD3给输出滤波电容CO充电，同时给负载供电。
在(t4～t5)阶段，电路在此阶段的模态图如图2d所示，在输入电压的负半周，第二二极管VD2导通，当第一开关管S1导通时，交流输入电源Vin给电感L1充电，同时输出滤波电容CO给负载供电。
在(t5～t6)阶段，电路在此阶段的模态图如图2e所示，第一开关管S1关断，第二开关管S2导通，电感L1通过第二开关管S2和第二二极管VD2自然续流，电感上的电流保持不变，同时输出滤波电容CO给负载供电。
在(t6～t7)阶段，电路在此阶段的模态图如图2f所示，第二开关管S2关断，第一开关管S1关断，电感L1通过第三二极管VD3给输出滤波电容CO充电，同时给负载供电。
本发明电路输出电压与输入电压的关系如下。
由电感的伏秒平衡原理，电感L1充电的时间为D1T，此时电感两端电压为Vin，电感L1自然续流的时间为D2T，此时电感两端电压为0，电感L1放电的时间为(1-D1-D2)T，此时电感两端电压为VO，由此可得式(1)和(2)。
VinD1T＝VO(1-D1-D2)T (1)
式中D1T为电感充电的时间，D2T为电感自然续流的时间,采用电压外环，电流内环的双环控制即能实现输出电压的调节与功率因数校正的功能。该电路能够在宽电压的输入范围内进行功率因数校正并且具有较高的效率。

Claims (4)

1.伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器，其特征在于包括交流电源、第一二极管(VD1)、第二二极管(VD2)、第三二极管(VD3)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、电感(L1)、输出滤波电容(CO)和负载。
2.根据权利要求1所述的伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器，其主要特征在于所述的交流电源一端与第一二极管(VD1)阳极和第一开关管(S1)发射极连接；交流电源另一端与第二二极管(VD2)阳极和第二开关管(S2)发射极连接；第一二极管(VD1)阴极与第二二极管(VD2)阴极、电感(L1)一端和输出滤波电容(CO)一端连接；电感(L1)另一端与第三二极管(VD3)阳极、第一开关管(S1)集电极、第二开关管(S2)集电极连接；第三二极管(VD3)阴极和输出滤波电容(CO)另一端连接；负载与滤波电容(CO)并联。
3.根据权利要求2所述的伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器，其特征在于第一开关管(S1)和第二开关管(S2)均是单向开关。
4.根据权利要求3所述的伪连续导电模式Buck-Boost无桥PFC变换器，其特征在于第一开关管(S1)和第二开关管(S2)为不含反并联二极管的IGBT或者是逆阻型IGBT。
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