CN109039050A - 一种电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电压型Trans‑Z源有源功率因数校正电路，该电路主要由一个整流桥，一个三绕组耦合电感L1、L2、L3，两个二极管D0和D1，一个储能电容C1，一个开关管S1，一个输出滤波电容C0和负载R组成，该电路工作于三个模态，即耦合电感充电、放电、能量释放完毕状态，实现了功率因数校正，并可以通过改变耦合电感的匝数比和开关管的占空比来调节输出电压增益，不仅结构简单，体积小，且控制及驱动可靠，调节灵活，效率高。

Description

一种电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路
技术领域
本发明涉及功率因数校正技术领域，特别是一种电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路。
背景技术
为了减少电子设备对交流电网的谐波污染，国际社会针对输入电流谐波制定了相应标准。功率因数校正(PFC)技术可以减少输入电流谐波，提高输入功率因数，已得到广泛应用。PFC技术根据是否采用有源器件可分为有源功率因数校正(APFC)和无源功率因数校正(PPFC)，其中有源功率因数校正由于工作在高频开关状态，具有体积小，重量轻，功率因数高，效率较高和输出直流电压稳定等优点。
APFC电路有多种拓扑结构和控制方法，常见的拓扑结构有：降压式、升压式、升/降压式、反激式等。从控制方法来看，APFC电路可以采用脉宽调制、频率调制、单环电压反馈控制、双环电流模式控制、数字控制、滑模控制、单周期控制等。一般根据电感电流是否连续，APFC可分为不连续导电模式(DCM)、临界连续导电模式(CRM)和连续导电模式(CCM)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路，该电路结构简单，体积小，控制及驱动可靠，调节灵活，效率高。
为实施上述目的，本发明的技术方案是：一种电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路，包括一个整流桥，一个三绕组耦合电感L1、L2、L3，两个二极管D0和D1，一个储能电容C1，一个开关管S1，一个输出滤波电容C0和负载R；
所述整流桥交流输入端与输入交流电源相连；耦合电感副边绕组L1与二极管D1串联，耦合电感副边绕组L1的同名端与整流桥输出端正极相连，异名端与二极管D1阳极相连；
所述开关管S1与耦合电感原边绕组L2串联后与储能电容C1并联，储能电容C1的一端接二极管D1阴极，另一端接整流桥输出端负极；耦合电感原边绕组L2的同名端与二极管D1阴极相连，异名端与开关管S1漏极相连；
所述二极管D0与耦合电感副边绕组L3串联后与输出滤波电容C0并联，二极管D0阳极与耦合电感副边绕组L3同名端相连，二极管D0的阴极与输出滤波电容C0的阳极相连，负载R与输出滤波电容C0并联。
进一步地，所述电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路的控制电路由控制器、脉冲宽度调制器和开关管驱动器组成。
进一步地，所述控制器由电压采样网络和补偿网络组成，输出电压经电压采样网络采样后与参考电压Vref比较，产生误差信号Ve作为补偿网络的输入；控制过程为：当输出电压高于额定值时，补偿网络输出的控制信号Vc降低，驱动器输出高电平的脉冲宽度变窄，减少耦合电感汲取能量的时间，使得输出电压平均值维持不变。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供了一种电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路，通过改变三绕组耦合电感的匝数比和开关管的占空比调节输出直流电压增益，并实现功率因数校正。该电路拓扑只需单个开关管，电路体积小成本低，输出电压闭环控制，控制及驱动简单可靠，仅需要一个输出电压控制开关，输出调节快，输出电压纹波小，效率高。通过合理设计三绕组耦合电感的匝比，可实现输出电容和二极管电压应力的灵活分配。该APFC适用于小功率用电场合。
附图说明
图1是本发明实施例的电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路图。
图2是本发明实施例的等效工作模态一电路图。
图3是本发明实施例的等效工作模态二电路图。
图4是本发明实施例的等效工作模态三电路图。
图5是本发明实施例的等效电路工作时序图。
图6是本发明实施例的输入电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路图。如图1所示，所述电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路包括一个整流桥、一个三绕组耦合电感L1，L2，L3、两个二极管D0和D1、一个储能电容C1、一个开关管S1、一个输出滤波电容C0、负载R；所述整流桥交流输入端与输入交流电源相连；耦合电感副边绕组L1与二极管D1串联，耦合电感副边绕组L1的同名端与整流桥输出端正极相连，异名端与二极管D1阳极相连；所述开关管S1与耦合电感原边绕组L2串联后与储能电容C1并联，储能电容C1的一端接二极管D1阴极，另一端接整流桥输出端负极；耦合电感原边绕组L2的同名端与二极管D1阴极相连，异名端与开关管S1漏极相连；所述二极管D0与耦合电感副边绕组L3串联后与输出滤波电容C0并联，二极管D0阳极与耦合电感副边绕组L3同名端相连，二极管D0的阴极与输出滤波电容C0的阳极相连，负载R与输出滤波电容C0并联。
在本实施例中，所述电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路的控制电路由控制器、脉冲宽度调制器和开关管驱动器组成。所述控制器由电压采样网络和补偿网络组成，输出电压经电压采样网络采样后与参考电压Vref比较，产生误差信号Ve作为补偿网络的输入；控制过程为：当输出电压高于额定值时，补偿网络输出的控制信号Vc降低，驱动器输出高电平的脉冲宽度变窄，减少耦合电感汲取能量的时间，使得输出电压平均值维持不变。
下面简要介绍所述电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路的基本工作原理和简要的控制策略。该功率因数校正电路采用电压闭环控制，采样输出电压后与参考电压比较，输出的误差信号连接PWM比较器，与锯齿波比较，电压误差放大器的输出直接控制PWM的占空比，使输入电流逼近输入电压波形。
设输入交流电压为有效值为V，频率为f0开关管开关频率为fs，开关周期为Ts。假定第一个开关脉冲对应于相电压正半周的起始零点，v(m)表示一个电源电压周期内的第m个开关周期时的输入电压，即v(m)＝v(mTs)，由于fs远远大于f，因此可以认为一个开关周期内开关管开通和关断时的输入电压近似相等，即用v(m)表示一个开关周期内的输入电压，则整流桥输出电压vbus＝|v(m)|。
耦合电感原副边绕组L1，L2，L3的匝数分别为n1，n2，n3，变比为n2:n1＝N1，n2:n3＝N2，其中L2为原边，L1、L3为副边。
工作时，所述电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路主要有三个工作模态，(1)开关管S1导通，耦合电感充电；(2)开关管S1断开，耦合电感放电；(3)开关管S1断开，耦合电感能量释放完毕。其等效电路分别如图2、图3、图4所示。所述电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路工作时序图5所示，对于其三个工作模态，具体分析如下：
等效工作模态一(t0-t1)：开关管S1导通，储能电容C1的电压Vc1加在原边绕组L2上，L2极性左正右负，副边绕组L1上感应电压左正右负，二极管D1截止，L1开路，副边绕组L3上感应电压上正下负，二极管D0导通。其等效电路图如图2所示，电路中有两个回路。回路1由储能电容C1、耦合电感原边绕组L2构成，储能电容C1给耦合电感原边绕组L2充电。回路2由耦合电感副边绕组L3、二极管D0、输出滤波电容C0、负载R构成，耦合电感副边绕组L3给输出滤波电容C0、负载R充电。
流过L2的电流i2由零线性增加，斜率为：
di2：dt＝Vc1：L2----(1)
当t＝ton时，i2达到最大值I2max：I2max＝(Vc1：L2)*ton＝(Vc1：L2)*DTs----(2)
副边绕组L3上感应电压为：VL3＝(1/N2)*VC1＝V0----(3)
等效工作模态二(t1-t2)：开关管S1断开，耦合电感原边绕组L2开路，副边绕组L1的感应电势反向，极性左负右正，使二极管D1导通。其等效电路图如图3所示，电路中有两个回路。回路1由输入电源、整流桥、耦合电感副边绕组L1、二极管D1、储能电容C1构成，电源和副边绕组L1给储能电容C1充电。回路2由输出滤波电容C0、负载R构成，输出滤波电容C0给负载R供电。
L1两端电压为VL1＝VC1-Vbus----(4)
流过L1的电流i1将从I1max线性下降，其斜率为：
di1：dt＝-(VC1-Vbus)：L1----(5)
因I1max＝N1I2max＝N1(VC1/L2)DTs----(6)
当t＝toff时i1下降为零。下降时间为：
等效工作模态三(t2-t0’)：开关管S1仍然关断，存储在耦合电感中的能量释放完毕，原副边绕组均开路。其等效电路图如图4所示，电路中仅有一个回路，由输出滤波电容C0、负载R构成，负载由电容C0供电。
在一个开关周期中，平均输入电流i1avg的大小为
一个开关周期内的平均输入功率为
一个开关周期内的平均输出功率为
P0＝V0 2/R----(10)
根据功率平衡原则，有Pi＝P0----(11)
由(9)、(10)、(11)式可得
又由(3)式可得
由(13)式知，调节耦合电感原副边绕组匝数比和开关管占空比可调节输出电压的大小。
由以上分析知，所述电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路工作在DCM模式，i1的峰值I1max的大小与直流电压瞬时值Vbus＝abs(Vin)成正比，在一个工频周期内i1为两个近似的正弦半波，iin为一个近似的正弦波。由于脉动频率很高，I1max及其平均值都正比于该瞬间的Vin瞬时值，经不大的LC滤波器即可将iin变为与Vin同相的正弦电流。输入电流波形如图6所示。
综上所述，本发明提供了一种电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路，该电路由一个整流桥、一个三绕组耦合电感L1，L2，L3、两个二极管D0和D1、一个储能电容C1、一个开关管S1、一个输出滤波电容C0、负载R组成。该电路工作于三个模态，即耦合电感充电、放电、能量释放完毕状态，可以实现功率因数校正，通过改变耦合电感的匝数比和开关管的占空比来调节输出电压增益。该电路拓扑只需单个开关管，电路体积小成本低，输出电压闭环控制，控制及驱动简单可靠，仅需要一个输出电压控制开关，输出调节快，输出电压纹波小，效率高。通过合理设计三绕组耦合电感的匝比，可实现输出电容和二极管电压应力的灵活分配。该APFC适用于小功率用电场合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路，其特征在于，包括一个整流桥，一个三绕组耦合电感L1、L2、L3，两个二极管D0和D1，一个储能电容C1，一个开关管S1，一个输出滤波电容C0和负载R；
所述整流桥交流输入端与输入交流电源相连；耦合电感副边绕组L1与二极管D1串联，耦合电感副边绕组L1的同名端与整流桥输出端正极相连，异名端与二极管D1阳极相连；
所述开关管S1与耦合电感原边绕组L2串联后与储能电容C1并联，储能电容C1的一端接二极管D1阴极，另一端接整流桥输出端负极；耦合电感原边绕组L2的同名端与二极管D1阴极相连，异名端与开关管S1漏极相连；
所述二极管D0与耦合电感副边绕组L3串联后与输出滤波电容C0并联，二极管D0阳极与耦合电感副边绕组L3同名端相连，二极管D0的阴极与输出滤波电容C0的阳极相连，负载R与输出滤波电容C0并联。
2.根据权利要求1所述的一种电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路，其特征在于，所述电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路的控制电路由控制器、脉冲宽度调制器和开关管驱动器组成。
3.根据权利要求2所述的一种电压型Trans-Z源有源功率因数校正电路，其特征在于，所述控制器由电压采样网络和补偿网络组成，输出电压经电压采样网络采样后与参考电压Vref比较，产生误差信号Ve作为补偿网络的输入；控制过程为：当输出电压高于额定值时，补偿网络输出的控制信号Vc降低，驱动器输出高电平的脉冲宽度变窄，减少耦合电感汲取能量的时间，使得输出电压平均值维持不变。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110829826A (zh) * 2019-12-03 2020-02-21 哈尔滨理工大学 一种大直流电压增益的降压型三相功率因数校正电路
CN117175928A (zh) * 2023-11-02 2023-12-05 中山市宝利金电子有限公司 高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106452153A (zh) * 2016-10-26 2017-02-22 河北工业大学 一种变拓扑Trans‑Z源逆变器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106452153A (zh) * 2016-10-26 2017-02-22 河北工业大学 一种变拓扑Trans‑Z源逆变器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
司文旭: "高频隔离型准Z源光伏微逆变器的控制策略研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
杨立强: "阻抗源DC_DC变换器的构造研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
王毅 等: "具有Trans_Z源的单相交流变换器设计", 《电网技术》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110829826A (zh) * 2019-12-03 2020-02-21 哈尔滨理工大学 一种大直流电压增益的降压型三相功率因数校正电路
CN117175928A (zh) * 2023-11-02 2023-12-05 中山市宝利金电子有限公司 高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源
CN117175928B (zh) * 2023-11-02 2024-02-02 中山市宝利金电子有限公司 高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源

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