CN111416532A - 一种无桥升降压式交流对直流转换器 - Google Patents

一种无桥升降压式交流对直流转换器 Download PDF

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Abstract

一种无桥升降压式交流对直流转换器，用以转换交流输入电源，进而在输出电容上提供具有正极端与负极端的直流输出电源。方案要点：第一线路的第一端耦接交流输入电源的第一端，第二端耦接接地端，第三端耦接直流输出电源的正极端或该负极端；第二线路的第一端耦接交流输入电源的第二端，该第二端耦接接地端，第三端耦接直流输出电源的正极端或该负极端；第三二极体，耦接第二线路的该第一端与接地端之间；以及第四二极体，耦接该第一线路的该第一端与接地端之间；本发明可提高转换效率、直流输出电源的输出端可选用耐压较低的电容，无须增加开机的涌浪电流限制器，可以操作于不连续导通模式、连续导通模式以及临界导通模式。

Description

一种无桥升降压式交流对直流转换器
技术领域
本发明涉及一种交流对直流转换器，尤指一种无桥升降压式交流对直流转换器。
背景技术
传统升压型功因校正转换器(BoostPFC)因电路构架简单，因此目前仍受工业界广泛应用，其典型电路构架如图1所示。然而，升压型功因校正转换器缺点有三：第一，输入必须使用桥式整流二极管，使得二极管导通损耗占总损失的比例较高，且交流输入电压越低时，会带来更多的效率损失。第二，由于升压型功因校正转换器的输出电压必须高于输入交流电源电压的峰值，因此必须使用400伏特甚至450伏特的电解电容，而且电解电容价格亦会随着耐压增加而提高。第三，由于开关瞬间所投入的交流高压电源，会不受控制地经由整流二极管对大容量输出的电解电容进行充电，造成远高于正常操作的涌浪电流，而必须使用热敏电阻和继电器进行抑制，如此将提高成本且降低效率。
图2至图6属于无桥功因校正转换器(bridgeless PFC)构架，可以降低桥式整流二极管的损耗，但是开机涌浪电流以及高输出电压的缺点无法克服。
图7与图8属于无桥升降压式交流对直流转换器，可以降低桥式整流的损耗，也能克服开关涌浪电流的问题，同时降低输出电压，惟这样的电路构架产生了元件数量过多、成本过高的问题。
发明内容
为解决上述现有技术桥式整流损耗、开关涌浪电流、高输出电压、以及元件数量过多、成本过高的问题，本发明提供一种无桥升降压式交流对直流转换器。
为了达成上述目的所采取的主要技术手段，该无桥升降压式交流对直流转换器包含第一线路、第二线路、第三二极体以及第四二极体。该第一线路具有第一端、第二端以及第三端，该第一端耦接该交流输入电源的第一端，该第二端耦接一接地端，该第三端耦接该直流输出电源的该正极端或该负极端。该第二线路具有第一端、第二端以及第三端，该第一端耦接该交流输入电源的第二端，该第二端耦接该接地端，该第三端耦接该直流输出电源的该正极端或该负极端。该第三二极体耦接该第二线路的该第一端与该接地端之间。该第四二极体耦接该第一线路的该第一端与该接地端之间。
作为优选，该第一线路包含第一开关、第一电感以及第一二极管。该第一开关具有第一端、第二端以及控制端，其中该第一开关的该第一端耦接该交流输入电源的该第一端。该第一电感具有第一端与第二端，其中该第一电感的该第一端耦接该第一开关的该第二端，该第一电感的该第二端耦接该接地端。该第一二极管具有一阴极端与一阳极端，其中该第一二极管的该阴极端耦接该第一开关的该第二端与该第一电感的该第一端，该第一二极管的该阳极端耦接该直流输出电源的该正极端或该负极端。
作为优选，该第二线路包含第二开关、第二电感以及第二二极体。该第二开关具有第一端、第二端以及控制端，其中该第二开关的该第一端耦接该交流输入电源的该第二端。该第二电感具有第一端与第二端，其中该第二电感的该第一端耦接该第二开关的该第二端，该第二电感的该第二端耦接该接地端。该第二二极体具有一阴极端与阳极端，其中该第二二极体的该阴极端耦接该第二开关的该第二端与该第二电感的该第一端，该第二二极管的该阳极端耦接该直流输出电源的该正极端或该负极端。
作为优选，该第一开关的该控制端接收第一控制信号；当该交流输入电源为正半周且该第一控制信号控制该第一开关导通时，该第一电感进行储能；当该交流输入电源为正半周且该第一控制信号控制该第一开关关断时，该第一电感进行释能。
作为优选，该第一电感通过正半周储能回路进行储能，其中该正半周储能回路是通过该交流输入电源、该第一开关、该第一电感、该第三二极体以及该交流输入电源所形成。
作为优选，该第一电感通过一正半周释能回路进行释能，其中该正半周释能回路是通过该第一电感、耦接该直流输出电源的该正极端与该负极端之间的一负载、该第一二极管以及该第一电感所形成。
作为优选，，该第二开关的该控制端接收一第二控制信号；当该交流输入电源为负半周且该第二控制信号控制该第二开关导通时，该第二电感进行储能；当该交流输入电源为负半周且该第二控制信号控制该第二开关关断时，该第二电感进行释能。
作为优选，该第二电感通过一负半周储能回路进行储能，其中该负半周储能回路是通过该交流输入电源、该第二开关、该第二电感、该第四二极体以及该交流输入电源所形成。
作为优选，该第二电感通过一负半周释能回路进行释能，其中该负半周释能回路是通过该第二电感、耦接该直流输出电源的该正极端与该负极端之间的一负载、该第二二极管以及该第二电感所形成。
作为优选，该直流输出电源的该负极端耦接该接地端。
本发明的有益效果：1、功因校正转换器可以不需要桥式整流电路，进而可提高转换效率；
2、直流输出电源的电压可以高于或低于交流输入电源的电压，因此输出端可选用耐压较低的电容，或亦可使用高耐压功率开关达到高输入涌浪电压的耐受能力；
3、无须增加开机的涌浪电流限制器，例如热敏电阻或继电器，如此可避免开机继电器声音，而可作为非网通应用；
4、可以操作于不连续导通模式、连续导通模式以及临界导通模式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的升压型功因校正转换器的电路图；
图2为现有技术的无桥功因校正转换器的电路图；
图3为现有技术的无桥功因校正转换器的电路图；
图4为现有技术的无桥功因校正转换器的电路图；
图5为现有技术的无桥功因校正转换器的电路图；
图6为现有技术的无桥功因校正转换器的电路图；
图7为现有技术的无桥升降压式交流对直流转换器的电路图；
图8为现有技术的无桥升降压式交流对直流转换器的电路图；
图9为本发明无桥升降压式交流对直流转换器的电路图；
图10A为本发明无桥升降压式交流对直流转换器处于一正半周储能操作的电路图；
图10B为本发明无桥升降压式交流对直流转换器处于一正半周释能操作的电路图；
图11A为本发明无桥升降压式交流对直流转换器处于一负半周储能操作的电路图；
图11B为本发明无桥升降压式交流对直流转换器处于一负半周释能操作的电路图。
图中，Vac:交流输入电源、Vo:直流输出电源、10:第一线路、Q1:第一开关、L1:第一电感、D1:第一二极管、20:第二线路、Q2:第二开关、L2:第二电感、D2:第二二极体、D3:第三二极体、D4:第四二极体、Co:输出电容、Lps:正半周储能回路、Lpr:正半周释能回路、Lns:负半周储能回路、Lnr:负半周释能回路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施例一：请参见图9所示，该无桥升降压式交流对直流转换器用以转换交流输入电源Vac，进而在输出电容Co上提供具有正极端与负极端的直流输出电源Vo。该无桥升降压式交流对直流转换器包含第一线路10、第二线路20、第三二极体D3以及第四二极体D4。
该第一线路10具有第一端、第二端以及第三端。该第一端耦接该交流输入电源Vac的第一端，该第二端耦接接地端，该第三端耦接该直流输出电源Vo的该正极端或该负极端。该第二线路20具有第一端、第二端以及第三端，该第一端耦接该交流输入电源Vac的第二端，该第二端耦接该接地端，该第三端耦接该直流输出电源Vo的该正极端或该负极端。该第三二极体D3耦接该第二线路20的该第一端与该接地端之间。该第四二极体D4耦接该第一线路10的该第一端与该接地端之间。其中，该直流输出电源Vo的该负极端耦接该接地端。
具体地，该第一线路10包含第一开关Q1、第一电感L1以及第一二极管D1。该第一开关Q1具有一第一端、第二端以及一控制端，例如为三端的功率开关元件。其中该第一开关Q1的该第一端耦接该交流输入电源Vac的该第一端。该第一电感L1具有第一端与第二端，其中该第一电感L1的该第一端耦接该第一开关Q1的该第二端，该第一电感L1的该第二端耦接该接地端。该第一二极管D1具有阴极端与一阳极端，其中该第一二极管D1的该阴极端耦接该第一开关Q1的该第二端与该第一电感L1的该第一端，该第一二极管D1的该阳极端耦接该直流输出电源Vo的该正极端或该负极端。
具体地，该第二线路20包含第二开关Q2、第二电感L2以及第二二极体D2。该第二开关Q2具有第一端、第二端以及控制端，例如为三端的功率开关元件。其中该第二开关Q2的该第一端耦接该交流输入电源Vac的该第二端。该第二电感L2具有第一端与第二端，其中该第二电感L2的该第一端耦接该第二开关Q2的该第二端，该第二电感L2的该第二端耦接该接地端。该第二二极体D2具有阴极端与阳极端，其中该第二二极体D2的该阴极端耦接该第二开关Q2的该第二端与该第二电感L2的该第一端，该第二二极体D2的该阳极端耦接该直流输出电源Vo的该正极端或该负极端。
请参见图10A与图10B所示，其分别为本发明无桥升降压式交流对直流转换器处于正半周储能操作与正半周释能操作的电路图。该第一开关Q1的该控制端接收第一控制信号。当该交流输入电源Vac为正半周且该第一控制信号控制该第一开关Q1导通时，该第一电感L1进行储能。当该交流输入电源Vac为正半周且该第一控制信号控制该第一开关Q1关断时，该第一电感L1进行释能。
如图10A所示，该第一电感L1通过正半周储能回路Lps进行储能，其中该正半周储能回路Lps是通过该交流输入电源Vac、该第一开关Q1、该第一电感L1、该第三二极体D3以及该交流输入电源Vac所形成。在此操作下，该第二开关Q2可为导通状态，也可为关断状态。
如图10B所示，该第一电感L1通过正半周释能回路Lpr进行释能，其中该正半周释能回路Lpr是通过该第一电感L1、耦接该直流输出电源Vo的该正极端与该负极端之间的一负载(图未示)、该第一二极体D1以及该第一电感L1所形成。
请参见图11A与图11B所示，其分别为本发明无桥升降压式交流对直流转换器处于负半周储能操作与负半周释能操作的电路图。该第二开关Q2的该控制端接收第二控制信号。当该交流输入电源Vac为负半周且该第二控制信号控制该第二开关Q2导通时，该第二电感L2进行储能。当该交流输入电源Vac为负半周且该第二控制信号控制该第二开关Q2关断时，该第二电感L2进行释能。
如图11A所示，该第二电感L2通过负半周储能回路Lns进行储能，其中该负半周储能回路Lns是通过该交流输入电源Vac、该第二开关Q2、该第二电感L2、该第四二极体D4以及该交流输入电源Vac所形成。在此操作下，该第一开关Q1可为导通状态，也可为关断状态。
如图11B所示，该第二电感L2通过一负半周释能回路Lnr进行释能，其中该负半周释能回路Lnr是通过该第二电感L2、耦接该直流输出电源Vo的该正极端与该负极端之间的负载(图未示)、该第二二极体D2以及该第二电感L2所形成。
以上所述，仅为本发明较佳具体实施例之详细说明与图式，惟本发明之特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明之所有范围应以下述之申请专利范围为准，凡合于本发明申请专利范围之精神与其类似变化之实施例，皆应包含于本发明之范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明之领域内，可轻易思及之变化或修饰皆可涵盖在以下本案之专利范围。

Claims (10)

1.一种无桥升降压式交流对直流转换器，用以转换交流输入电源，进而在输出电容上提供具有正极端与负极端的直流输出电源，该无桥升降压式交流对直流转换器包含：
第一线路，具有第一端、第二端以及第三端，该第一端耦接该交流输入电源的第一端，该第二端耦接接地端，该第三端耦接该直流输出电源的该正极端或该负极端；
第二线路，具有第一端、第二端以及第三端，该第一端耦接该交流输入电源的第二端，该第二端耦接该接地端，该第三端耦接该直流输出电源的该正极端或该负极端；
第三二极体，耦接该第二线路的该第一端与该接地端之间；以及
第四二极体，耦接该第一线路的该第一端与该接地端之间。
2.根据权利要求1所述的无桥升降压式交流对直流转换器，其特征在于，其中该第一线路包含：第一开关，具有第一端、第二端以及控制端，其中该第一开关的该第一端耦接该交流输入电源的该第一端；
第一电感，具有第一端与第二端，其中该第一电感的该第一端耦接该第一开关的该第二端，该第一电感的该第二端耦接该接地端；以及第一二极管，具有阴极端与阳极端，其中该第一二极管的该阴极端耦接该第一开关的该第二端与该第一电感的该第一端，该第一二极管的该阳极端耦接该直流输出电源的该正极端或该负极端。
3.根据权利要求1所述的无桥升降压式交流对直流转换器，其特征在于，其中该第二线路包含：第二开关，具有第一端、第二端以及控制端，其中该第二开关的该第一端耦接该交流输入电源的该第二端；
第二电感，具有第一端与第二端，其中该第二电感的该第一端耦接该第二开关的该第二端，该第二电感的该第二端耦接该接地端；以及
第二二极体，具有阴极端与阳极端，其中该第二二极体的该阴极端耦接该第二开关的该第二端与该第二电感的该第一端，该第二二极体的该阳极端耦接该直流输出电源的该正极端或该负极端。
4.根据权利要求2所述的无桥升降压式交流对直流转换器，其特征在于，其中该第一开关的该控制端接收第一控制信号；当该交流输入电源为正半周且该第一控制信号控制该第一开关导通时，该第一电感进行储能；当该交流输入电源为正半周且该第一控制信号控制该第一开关关断时，该第一电感进行释能。
5.根据权利要求4所述的无桥升降压式交流对直流转换器，其特征在于，其中该第一电感通过正半周储能回路进行储能，其中该正半周储能回路是通过该交流输入电源、该第一开关、该第一电感、该第三二极体以及该交流输入电源所形成。
6.根据权利要求4所述的无桥升降压式交流对直流转换器，其特征在于，其中该第一电感通过一正半周释能回路进行释能，其中该正半周释能回路是通过该第一电感、耦接该直流输出电源的该正极端与该负极端之间的负载、该第一二极管以及该第一电感所形成。
7.根据权利要求3所述的无桥升降压式交流对直流转换器，其特征在于，其中该第二开关的该控制端接收第二控制信号；当该交流输入电源为负半周且该第二控制信号控制该第二开关导通时，该第二电感进行储能；当该交流输入电源为负半周且该第二控制信号控制该第二开关关断时，该第二电感进行释能。
8.根据权利要求7所述的无桥升降压式交流对直流转换器，其特征在于，其中该第二电感通过负半周储能回路进行储能，其中该负半周储能回路是通过该交流输入电源、该第二开关、该第二电感、该第四二极体以及该交流输入电源所形成。
9.根据权利要求7所述的无桥升降压式交流对直流转换器，其特征在于，其中该第二电感通过负半周释能回路进行释能，其中该负半周释能回路是通过该第二电感、耦接该直流输出电源的该正极端与该负极端之间的负载、该第二二极体以及该第二电感所形成。
10.根据权利要求1所述的无桥升降压式交流对直流转换器，其特征在于，其中该直流输出电源的该负极端耦接该接地端。
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