CN201726311U - 桥臂半控的功率mosfet功率因数校正器 - Google Patents

桥臂半控的功率mosfet功率因数校正器 Download PDF

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张永鑫
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Abstract

一种整流变压技术领域的桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，包括：滤波电路、整流电路和升压电路，其中：滤波电路负责吸收高频电流和获得正弦波电流波形，整流电路完成将交流电压转换为正弦半波电压，升压电路完成功率因数校正和提升输出直流电压。本实用新型利用MOSFET损耗低的优点和并联二极管损耗低的优点降低损耗，提高效率。

Description

桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器
技术领域
本实用新型涉及的是一种整流变压技术领域的装置，具体是一种桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器。
背景技术
随着电力电子技术迅速发展，单相功率因数校正器技术发展得越来越成熟，在改善网侧功率因数和抑制网侧谐波电流方面发挥了巨大的作用。传统的单相功率因数校正器中，斩波开关采用IGBT(绝缘门双极晶体管)，整流二极管采用反向快恢复二极管，另外采用二极管整流桥，这样在较大功率输出时，IGBT、反向快恢复二极管、二极管整流桥开关损耗和通态损耗很大，不仅降低了系统效率，而且也不利于散热处理。为此需要改进单相功率因数校正器中功率开关的选型和整流桥的结构。
经过对单相功率因数校正器技术的检索发现，杨喜军.单相AC-DC变换器及其在家用变频空调中应用的研究.上海交通大学博士后出站报告，2004年，记载了一种单相有源功率因数校正电路，其中采用了传统的电路拓扑和传统的开关配置，功率因数校正效果良好。鉴于处于单相功率因数校正的初级发展阶段，没有特别考虑效率提高问题。
进一步检索发现，杨兴华等.有源功率因数校正电路的分析与实现.电气应用.2007年V26，No7  pp.54-57.记载了一种较大输出功率的单相有源功率因数校正电路，其中采用了传统的电路配置，为了提高效率，功率IGBT采用了部分开关斩波技术。
鉴于以上分析，本实用新型中，为了保持原有电路拓扑的优点，仍然采用传统的电路拓扑。为了提高整机效率，对所用的功率开关进行重新配置。旨在利用高速低功耗的功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)代替IGBT，并利用功率二极管的并联降低管压降，实现整体降耗和提高效率。
传统的单相功率因数校正器中，由于开关IGBT速度低、通态压降高，斩波开关IGBT的开关损耗与通态损耗较大。由于通态压降高，整流二极管的损耗较大。另外二极管整流桥中二极管的通态压降较大，整流桥损耗较大。增加了损耗，降低了效率，影响了散热处理。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，利用MOSFET损耗低的优点和并联二极管损耗低的优点降低损耗，提高效率。
本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：滤波电路、整流电路和升压电路，其中：滤波电路的输入端和输出端分别与单相电源和整流电路相连接，升压电路的输入端和输出端分别与整流电路和负载相连。
所述的整流电路包括：四个功率二极管、两个功率MOSFET和一电阻，其中：第一功率二极管与第二功率二极管同向并联且其公共阴极分别与第一功率MOSFET的漏极、第一电阻的一端以及升压电路相连，第一功率二极管与第二功率二极管的公共阳极分别与滤波电路、第三功率二极管以及第四功率二极管的公共阴极相连，第三功率二极管以及第四功率二极管同向并联且其公共阳极分别与第二功率MOSFET的源极以及第一电阻的两端，所述第一至第四功率二极管构成第一桥臂，所述第一功率MOSFET与第二功率MOSFET串联并构成第二桥臂，该第二桥臂的中点与滤波电路相连。
所述的滤波电路包括：交流电容，该交流电容的一端分别与单相电源的火线以及整流电路相连，其另一端与单相电源的零线以及整流电路中第一与第二功率MOSFET构成的第二桥臂中点相连。
所述升压电路包括：升压电感、两个功率MOSFET、电解电容和电阻，其中：第一升压电感的一端与整流电路相连，其另一端分别与第三功率MOSFET的漏极以及第四功率MOSFET的源极相连，第四功率MOSFET的漏极依次与第一电解电容的阳极、负载电阻的一端以及负载相串联，第三功率MOSFET的源极依次与第二电阻的另一端、第一电解电容的阴极、负载的另一端以及电源地相串联。
本实用新型中的滤波电路负责滤除高频电流，获得正弦电流波形；整流电路负责将单相正弦电压整流成为正弦半波电压；升压电路负责将正弦半波电压升压为高幅值、低纹波的直流电压。本实用新型利用功率MOSFET代替IGBT和反向快恢复二极管和整流器中两个二极管，并且将单相整流桥用作第一桥臂，所有功率MOSFET采用单电源驱动技术。具有功率因数校正的全部功能，而且构思新颖、效率高等优点。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：滤波电路1、整流电路2和升压电路3，其中：滤波电路1的输入端与单相电源相连，其输出端与整流电路2的两个交流输入端相连，整流电路2的输出端与升压电路3的输入端相连，升压电路3的输出端与负载相连。
所述的滤波电路为第一交流电容C1，该第一交流电容C1的一端与单相电源的火线、整流电路中第一功率二极管D1～第四功率二极管D4构成的第一桥臂中点相连，其另一端与单相电源的零线、整流电路中第一功率MOSFET S1与第二功率MOSFET S2构成的另一桥臂中点相连。
所述的整流电路包括：第一功率二极管D1～第四功率二极管D4、第一功率MOSFET管S1、第二功率MOSFET管S2和第一电阻R1，其中：第一功率二极管D1与第二功率二极管D2同向并联后，其公共阴极与第一功率MOSFET S1的漏极、第一电阻R1的一端、升压电路3中第一升压电感L1的一端相连，其公共阳极与滤波电路1中第一电容C1的一端、第三功率二极管D3与第四功率二极管D4的公共阴极相连。第三功率二极管D3与第四功率二极管D4同向并联后，其公共阳极与第二功率MOSFET S2的源极、第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端相连。第一功率MOSFET S1与第二功率MOSFET S2串联后，其构成桥臂的中点与滤波电路1中第一电容C1的另一端相连。
所述的升压电路包括：升压电感L1、第三功率MOSFET S3～S4、一个电解电容E1和一个电阻R2，其中：第一升压电感L1的一端与整流电路1中第一功率二极管D1与第二功率二极管D2的阴极、第一功率MOSFET S1的漏极和第一电阻R1的一端相连，其另一端与第三功率MOSFET S3漏极、第四功率MOSFET S4源极相连。第四功率MOSFET S4漏极与第一电解电容E1的阳极、负载电阻的一端相连后，连接负载的一端。第三功率MOSFET S3源极与第二电阻R2的另一端、第一电解电容E1的阴极、负载电阻R3的另一端相连后接地。
本实施例中的单相交流输入电压为220VAC，输出直流电压365VDC。滤波电容C1为0.47uF，交流275VAC。二极管D1～D4为一个整流桥，用作一个桥臂。功率MOSFET S1～S4内置二极管，50A/25℃/500V。电感L1为0.75mH，25A。电解电容E1为5x560uF，400V。电阻R2为0.01Ω，5W，用于检测电感电流。电子R1为68kΩ，2W。功率MOSFET S3与S3采用常规驱动，S1与S4采用自举驱动。
本实用新型利用功率MOSFET代替IGBT和反向快恢复二极管和整流器中两个二极管，并且将单相整流桥用作一个桥臂，所有功率MOSFET采用单电源驱动技术。MOSFET S2、S3为一组常用驱动电路，MOSFET S1、S4为另一组自举驱动电路。S1电源负半周期连续导通10ms，S2电源正半周期连续导通10ms，相比二极管整流时通态损耗与开关损耗较低。S3、S4的驱动信号互补，而且设置死区时间。具有功率因数校正的全部功能，而且构思新颖、效率高等优点。

Claims (4)

1.一种桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，其特征在于，包括：滤波电路、整流电路和升压电路，其中：滤波电路的输入端和输出端分别与单相电源和整流电路相连接，升压电路的输入端和输出端分别与整流电路和负载相连。
2.根据权利要求1所述的桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，其特征是，所述的整流电路包括：四个功率二极管、两个功率MOSFET和电阻，其中：第一功率二极管与第二功率二极管同向并联且其公共阴极分别与第一功率MOSFET的漏极、第一电阻的一端以及升压电路相连，第一功率二极管与第二功率二极管的公共阳极分别与滤波电路、第三功率二极管以及第四功率二极管的公共阴极相连，第三功率二极管以及第四功率二极管同向并联且其公共阳极分别与第二功率MOSFET的源极以及第一电阻的两端，所述第一至第四功率二极管构成第一桥臂，所述第一功率MOSFET与第二功率MOSFET串联并构成第二桥臂，该第二桥臂的中点与滤波电路相连。
3.根据权利要求2所述的桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，其特征是，所述的滤波电路包括：交流电容，该交流电容的一端分别与单相电源的火线以及整流电路相连，其另一端与单相电源的零线以及整流电路中第一与第二功率MOSFET构成的另一桥臂中点相连。
4.根据权利要求2所述的桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，其特征是，所述升压电路包括：升压电感、两个功率MOSFET、电解电容和电阻，其中：第一升压电感的一端与整流电路相连，其另一端分别与第三功率MOSFET的漏极以及第四功率MOSFET的源极相连，第四功率MOSFET的漏极依次与第一电解电容的阳极、负载电阻的一端以及负载相串联，第三功率MOSFET的源极依次与第二电阻的另一端、第一电解电容的阴极、负载的另一端以及电源地相串联。
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