CN202444413U - 一种低输出纹波的并联功率因数校正变换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种低输出纹波的并联功率因数校正变换器，单相PFC变换器(TD)的输出端与DC/DC变换器(DC-DC)的输出端相并联，同时给负载提供能量；单相PFC变换器输出的正端与DC/DC变换器输出的正端相连接形成“Vo+”端，“Vo+”端同时接在负载的正端；单相PFC变换器输出的负端与DC/DC变换器输出的负端相连接形成“Vo-”端，“Vo-”端同时接在负载的负端；DC/DC变换器的输入电源是辅助电源；辅助电源的输入源可以直接来整流电路(REC)的输出，也可以由单相PFC变换器(TD)产生。本实用新型消除了传统单相PFC变换器的二倍工频输出纹波，同时提高了系统的动态响应，克服了传统两级功率因数校正变换器效率低、成本高的问题。

Description

一种低输出纹波的并联功率因数校正变换器
技术领域
本实用新型涉及电力控制设备，尤其是低输出纹波高效率PFC变换器技术领域。
背景技术
近年来，电力电子技术迅速发展，作为电力电子领域重要组成部分的电源技术逐渐成为应用和研究的热点。开关电源以其效率高、功率密度高而确立了其在电源领域中的主流地位，但其通过整流器接入电网时会存在一个致命的弱点：功率因数较低(一般仅为0.45～0.75)，且在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网。抑制开关电源产生谐波的方法主要有两种：一是被动法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或消除谐波；二是主动法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低以及功率因数高等特点，即具有功率因数校正功能。开关电源功率因数校正研究的重点，主要是功率因数校正电路拓扑的研究和功率因数校正控制集成电路的开发。现有Buck、Boost、Buck-Boost、反激变换器等多种功率因数校正电路拓扑结构。功率因数校正控制集成电路负责检测变换器的工作状态，并产生脉冲信号控制开关装置，调节传递给负载的能量以稳定输出；同时保证开关电源的输入电流跟踪电网输入电压，实现接近于1的功率因数。控制集成电路的结构和工作原理由开关电源采用的控制方法决定。对于同一功率电路拓扑，采用不同的控制方法会对开关电源的稳态精度及动态性能等方面产生影响。
传统的有源功率因数校正变换器直流输出电压/电流包含有二倍工频纹波，若二倍工频输出电压/电流纹波被引入功率因数校正控制器中，会使功率因数校正变换器的输入电流含有三次谐波电流成分，降低了功率因数校正变换器的输入功率因数。因此传统有源功率因数校正变换器的直流输出电压反馈控制环截止频率低(一般仅为10～20Hz)，这严重影响功率因数校正变换器对负载变化的动态响应能力。此外，由于有源功率因数校正变换器的直流输出电压纹波较大，需在功率因数校正变换器输出端接一个电容值很大的输出电容后，还需要再接一个DC-DC变换器来提高负载直流输出电压的稳态精度和对负载变化的动态响应能力，使变换器设计成本高、效率低。
实用新型内容
本实用新型的目的是为实现低输出纹波高效率PFC变换器控制方法提供予以实现的设备。
本实用新型技术方案是：一种低输出纹波的并联功率因数校正变换器，由单相PFC变换器、DC/DC变换器(DC-DC)、整流电路(REC)和辅助电源(AP)组成；单相功率因数校正变换器的输出端与DC/DC变换器的输出端相并联，同时给负载提供能量。单相PFC变换器输出的正端与DC/DC变换器输出的正端相连接形成“Vo+”端，“Vo+”端同时接在负载的正端；单相PFC变换器输出的负端与DC/DC变换器输出的负端相连接形成“Vo-”端，“Vo-”端同时接在负载的负端。
这样，DC/DC变换器的输入电源是辅助电源，辅助电源的输入源是直接来自整流桥的输出或者由单相PFC变换器产生。当辅助电源的输入源是直接来自整流桥的输出时，辅助源具有功率因数校正的功能。当整个开关电源系统为恒定输出电压的电源时，单相PFC变换器和DC/DC变换器使用同样的输出电压采样电路，此输出电压采样电路检测负载两端的电压；当整个开关电源系统为恒定输出电流的电源时，单相PFC变换器和DC/DC变换器使用不同的输出电流采样电路，两个变换器的输出电流采样电路串联后再与负载相串联，单相PFC变换器的输出电流同时流过两个输出电流采样电路和负载，DC/DC变换器(DC-DC)的输出电流只流过自身的电流采样电路和负载。单相功率因数校正变换器的拓扑结构可以采用Boost变换器、Buck变换器、Buck-Boost变换器、全桥变换器、反激变换器等隔离型与非隔离型PFC变换拓扑；单相功率因数校正变换器采用经典的PFC控制策略(峰值电流模式控制、平均电流模式控制、电压模式控制)得到功率因数校正变换器的控制信号；DC/DC变换器的拓扑结构可以采用Buck变换器、Boost变换器等变换器；DC/DC变换器可以采用峰值电流模式控制、电压模式控制等经典控制方式得到DC/DC变换器的控制信号，DC/DC变换器的环路带宽远高于单相PFC变换器的带宽。
可见，采用以上装置可以方便可靠地实现本实用新型以上方法。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构框图。
图2为本实用新型实施例一的电路结构示意图。
图3为本实用新型实施例一的输入电流和输入电压关系的仿真结果图。
图4为本实用新型实施例一的输出电流波形。
图5为本实用新型实施例二的电路结构示意图。
具体实施方式
实施案例
图2示出，本实用新型的一种具体实施方式为，一种恒流源开关电源的拓扑结构和控制方法，其具体作法是：
交流输入电源经过C1、C2、L1、L2的LC滤波网络连接在由D1、D2、D3、D4组成的整流桥上，整流桥输出VREC信号作为反激变换器的输入，反激变换器的变压器T1有4个绕组N12，N34，N56和N78，N12是原边绕组；N34是给反激功率因数控制器提供电源的辅助绕组，经过D5，C4生成VDD电压给反激功率因数控制器提供电源；N56是反激变换器的主输出绕组，N56绕组经过D6，C5生成VO+给负载提供一部分能量；N78是反激变换器的另一组输出绕组，N78经过D7和C7生成辅助电源VAUX，辅助电源VAUX给后级小功率DC/DC Buck变换器提供能量。DC/DC Buck变换器由Q2、D8、L3、C6和Buck变换器控制器组成，DC/DC Buck变换器将辅助电源VAUX转变为Vo，给负载提供另一部分能量。R3采样反激功率因数校正变换器给负载提供的电流，转化为VFB-F电压信号，反激功率因数校正变换器控制器将VFB-F作为反馈信号与控制器内部的基准信号相比较，运用经典的峰值电流控制或者电压模式控制等控制方法，并且控制反激变换器工作在断续模式或者临界连续模式，环路的带宽控制在20Hz以内，以此实现功率因数校正功能。R2采样流过负载的电流，转化为VFB信号，包括Buck变换器和反激变换器提供给负载的电流，Buck变换器用VFB信号作为控制的反馈信号与Buck控制器内部的基准信号比较，运用经典的峰值电流控制或者电压模式控制等控制方法，环路的带宽远大于工频的频率，以此提高整个恒流源开关电源的响应速度，消除流过负载的工频电流纹波。
图3和图4是利用SIMetrix/SIMPLIS仿真软件得到的仿真波形。从图3可以看到输入电流很好的跟踪了输入电压的波形，该电源具有很高的功率因数。从图4可以看出流过负载的电流平均值被精确的控制在1A，且电流纹波为3.9mA。
图5示出，本实用新型的一种具体实施方式为，一种恒流源开关电源的拓扑结构和控制方法，其具体作法是：
交流输入电源经过C1、C2、L1、L2的LC滤波网络连接在由D1、D2、D3、D4组成的整流桥上，整流桥输出VREC信号作为反激变换器的输入，变压器T1有3个绕组N12，N34和N56，N12绕组作为Buck-Boost的电感使用，N12经过D6，C4生成Vo+给负载提供一部分能量；N34经过D5，C7生成辅助电源VAUX，辅助电源VAUX给后级小功率DC/DC Boost变换器提供能量；N56经过D8，C6生成VDD电压给Buck-Boost功率因数控制器提供电源。DC/DC Boost变换器由L3，Q2，D7和Boost变换器控制器组成，DC/DC Boost变换器将辅助电源VAUX转变为Vo，给负载提供另一部分能量。R3采样Buck-Boost功率因数校正变换器给负载提供的电流，经过采样变换电路，转化为VFB-Main电压信号，Buck-Boost功率因数校正变换器控制器将VFB-Main作为反馈信号与控制器内部的基准信号相比较，运用经典的峰值电流控制或者电压模式控制等控制方法，并且控制Buck-Boost变换器工作在断续模式或者临界连续模式，环路的带宽控制在20Hz以内，以此实现功率因数校正功能。R2采样流过负载的电流，转化为VFB_Aux信号，包括Boost变换器和Buck-Boost变换器提供给负载的电流，Boost变换器用VFB_Aux信号作为控制的反馈信号与Boost控制器内部的基准信号比较，运用经典的峰值电流控制或者电压模式控制等控制方法，环路的带宽远大于工频的频率，以此提高整个恒流源开关电源的响应速度，消除流过负载的工频电流纹波。

Claims (3)

1.一种低输出纹波的并联功率因数校正变换器，其特征在于，由单相PFC变换器、DC/DC变换器DC-DC、整流电路REC和辅助电源AP组成；单相PFC变换器TD输出的正端与DC/DC变换器DC-DC输出的正端相连接形成“Vo+”端，“Vo+”端同时接在负载LD的正端；单相PFC变换器TD输出的负端与DC/DC变换器DC-DC输出的负端相连接形成“Vo-”端，“Vo-”端同时接在负载LD的负端。
2.如权利要求1所述的低输出纹波的并联功率因数校正变换器，其特征在于，单相PFC变换器TD的拓扑结构可以采用Boost变换器、Buck变换器、Buck-Boost变换器、全桥变换器、反激变换器等隔离型与非隔离型PFC变换拓扑。
3.如权利要求1所述的低输出纹波的并联功率因数校正变换器，其特征在于，DC/DC变换器DC-DC的拓扑结构可以采用Buck变换器、Boost变换器。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103427656A (zh) * 2013-07-11 2013-12-04 江苏大学 一种交错并联反激式led驱动电源及其pfm控制电路
CN108377097A (zh) * 2018-02-14 2018-08-07 南京舒尔斯科技有限公司 一种功放的辅助供电电路

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