CN203574559U - 有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器 - Google Patents

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Abstract

有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器。现有不对称半桥功率变换器采用桥式整流滤波及对称驱动硬开关模式，效率低不满足节能要求。本实用新型组成包括 : 桥式整流器（ 1 ）， 85V~265V 交流输入接线端子分别连接桥式整流器（ 2 ）、整流滤波器（ 6 ），桥式整流器分别连接升压变换器（ 3 ）、有源功率因数校正 PFC 控制芯片（ 8 ），升压变换器分别连接不对称半桥功率变换器（ 4 ）、有源功率因数校正 PFC 控制芯片、谐振控制芯片（ 9 ），不对称半桥功率变换器分别连接输出接线端子（ 5 ）、谐振控制芯片，整流滤波器连接辅助电源（ 7 ），辅助电源分别连接有源功率因数校正 PFC 控制芯片、谐振控制芯片。本实用新型用于提供高效直流电源。

Description

有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器
技术领域：
本实用新型涉及一种有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器。
背景技术：
目前，市场上大功率和中等功率的变换器多局限于输入采用桥式整流滤波器，DC/DC变换部分采用硬开关的拓扑结构，具有体积大、成本高、效率低的特点，无法满足节约能源的要求。高功率密度、高可靠性、低噪声的功率变换器又基于高频化的发展，而开关器件的开关损耗与频率成正比，频率越高，器件和电路的损耗越大，变换器的效率也就越低的这种情况，因此急需一种大中功率的低成本、高效率、高功率密度的功率变换器。现有的不对称半桥功率变换器多采用桥式整流滤波及对称驱动的硬开关模式，效率较低无法满足节能的要求。
实用新型内容：
本实用新型的目的是提供一种有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，其组成包括: 桥式整流器， 85V~265V交流输入接线端子分别连接所述的桥式整流器、整流滤波器，所述的桥式整流器分别连接升压变换器、有源功率因数校正PFC控制芯片，所述的升压变换器分别连接不对称半桥功率变换器、所述的有源功率因数校正PFC控制芯片、谐振控制芯片，所述的不对称半桥功率变换器分别连接输出接线端子、所述的谐振控制芯片，所述的整流滤波器连接辅助电源，所述的辅助电源分别连接所述的有源功率因数校正PFC控制芯片、所述的谐振控制芯片。
所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，所述的辅助电源采用离线反激式拓扑结构，所述的辅助电源的高频变压器采用铁氧体磁芯EE25漆包线绕制，所述的辅助电源的控制芯片采用VIPER22A, 所述的辅助电源的取样反馈电路采用精密稳压器TL431与隔离光电耦合器PC817的组合。
所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，所述的升压变换器的功率管采用N沟道增强型绝缘栅场效应管MOSFETAPT5025，所述的升压变换器的电感采用铁氧体磁环漆包线绕制而成，所述的升压变换器的二极管采用MUR60120，所述的有源功率因数校正PFC控制芯片采用UC3854BN。
所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，所述的不对称半桥功率变换器的功率管采用N沟道增强型绝缘栅场效应管MOSFETW20NB50，所述的不对称半桥功率变换器的高频变压器采用铁氧体磁芯EE65漆包线绕制而成，所述的不对称半桥功率变换器的二极管采用MBR6020PT，所述的谐振控制芯片采用L6599N。
有益效果：
1. 本实用新型的辅助电源采用离线反激式拓扑结构，主芯片VIPER22A是电流模式脉宽调制PWM的功率开关器件，具有较宽输入的电压范围、低待机功耗、高压启动和高压功率开关集成于一身的特点，并且内置过温、过压、欠压、过流等完备的保护功能。
本实用新型的有源功率因数校正PFC控制采用UC3854BN，采用PWM升压电路，内置乘法器可进行输出电压取样控制、输入电压取样控制、输入电流跟踪输入电压集于一身的控制方法，功率因数达0.99，总谐波畸变小于3%，噪声灵敏度低，启动电流小，并且具有较宽的频带、较快的响应速度和过压欠压过流软启动的特点。
本实用新型的不对称半桥功率变换器控制芯片采用的L6599N，内置自举驱动结构节约了外部快速恢复的自举二极管，并且根据负载情况，控制转换器运行于不同的工作模式，在重载、中载和轻载时的工作于变频方式，在空载或非常轻负载时的脉冲间歇工作方式，在L6599N工作于脉冲间歇工作状态时，允许关闭功率变换电路之前的PFC控制器，因此消除了这个阶段的的空载损耗，转换效率达到97%以上，同时具有软启动、电流检测、过流保护和过载保护等功能。
本实用新型体积小、成本低、效率高的大中功率的变换器，满足各种用电设备对节约能源和节约成本的要求。
附图说明：
附图1是本实用新型的总体结构图。
附图2是本实用新型的输入保护及整流单元电路原理图。
附图3是本实用新型的辅助电源电路原理图。
附图4是本实用新型的升压变换器和PFC控制电路原理图。
附图5是本实用新型的不对称半桥变换器及控制电路原理图。
具体实施方式：
实施例1：
一种有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，其组成包括: 桥式整流器2，85V~265V交流输入接线端子1分别连接所述的桥式整流器、整流滤波器6，所述的桥式整流器分别连接升压变换器3、有源功率因数校正PFC控制芯片8，所述的升压变换器分别连接不对称半桥功率变换器4、所述的有源功率因数校正PFC控制芯片、谐振控制芯片9，所述的不对称半桥功率变换器分别连接输出接线端子5、所述的谐振控制芯片，所述的整流滤波器连接辅助电源7，所述的辅助电源分别连接所述的有源功率因数校正PFC控制芯片、所述的谐振控制芯片。
实施例2：
根据实施例1所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，所述的辅助电源采用离线反激式拓扑结构，所述的辅助电源的高频变压器采用铁氧体磁芯EE25漆包线绕制，所述的辅助电源的控制芯片采用VIPER22A, 所述的辅助电源的取样反馈电路采用精密稳压器TL431与隔离光电耦合器PC817的组合。
实施例3：
根据实施例1或2所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，所述的升压变换器的功率管采用N沟道增强型绝缘栅场效应管MOSFETAPT5025，所述的升压变换器的电感采用铁氧体磁环漆包线绕制而成，所述的升压变换器的二极管采用MUR60120，所述的有源功率因数校正PFC控制芯片采用UC3854BN。
实施例4：
根据实施例1或2或3所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，所述的不对称半桥功率变换器的功率管采用N沟道增强型绝缘栅场效应管MOSFETW20NB50，所述的不对称半桥功率变换器的高频变压器采用铁氧体磁芯EE65漆包线绕制而成，所述的不对称半桥功率变换器的二极管采用MBR6020PT，所述的谐振控制芯片采用L6599N。
实施例5：
所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，图1中，所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器的所有电路都用导线连接，各图间相同名称标号的表示连接在一起。其组成包括：85V~265V交流输入接线端子1，接线端子分别连接桥式整流器2和整流滤波器6，桥式整流器输出的脉动直流电压分别连接升压变换器3和有源功率因数校正PFC控制UC3854BN8，升压变换器输出DC400V分别连接不对称半桥功率变换器4、有源功率因数校正PFC控制UC3854BN8和谐振控制L6599N9，不对称半桥功率变换器输出DC24分别连接输出接线端子5和谐振控制L6599N9，整流滤波器输出直流电压连接DC/DC辅助电源7，DC/DC辅助电源输出DC16V分别连接有源功率因数校正PFC控制UC3854BN8和谐振控制L6599N9。
图2中，85~265VAC交流作为输入，R1起到泄放静态电能的作用，安规电容C2起到滤除串模干扰的作用，同时C2、C3、C4共同组成电磁干扰EMI滤波器，环形共模电感LI起抑制共模干扰的作用，整流桥D15XB60把输入的交流电压变为脉动直流电压，图中AC1、AC2作为辅助电源和主功率电路的交流输入，DC1、DC2作为升压变换器的直流输入。
图3中，所述的辅助电源采用反激式拓扑结构，高频变压器BYQ5采用铁氧体磁芯EE25漆包线绕制，原边绕组1、3脚116匝，电源供电绕组4、5脚21匝，6、8脚输出绕组21匝，经过整流滤波输出直流电压16V，该16V电压分别为UC354BN和L6599N供电。VIPER22A为开关管和控制芯片集于一身的控制芯片。C40、R9、D1组成缓冲网络，防止开关管漏极电压过高击穿。精密稳压器TL431和隔离光电耦合器PC817组成取样反馈网络，若输出电压升高隔离光电耦合器PC817的光电管导通电流增大，增大的反馈电流进入VIPER22A的3脚，VIPER22A内部控制的脉冲宽度将减小，使传输的能量降低，输出电压随之降低，来实现闭环自动调节电压的功能。
图4中，DC1、DC2作为输入信号，电压范围120~375V，L4、D7、Q2、C24、C25组成升压变换器的基本拓扑结构，采用UC3854BN作为有源功率因数校正电路的驱动芯片。C20和R26的参数共同决定驱动频率，R28和R29分压作为输出电压的的取样信号，取样的电压信号送到UC3854BN的误差电压放大器，R13、R14、R15分压作为直流母线电压的取样信号，该信号在UC3854BN内部进行乘法运算，R16取样直流母线的电流信号，误差电压放大器的输出信号、直流母线电压的取样信号乘法运算后以及直流母线的电流信号共同接入UC3854BN内部的模拟乘法/除法器的三个输入端，乘法/除法器的的输出信号作为基准电流信号。该基准电流信号与UC3854BN的4脚检测的电流信号共同作为电流误差放大器的输入，电流误差放大器的输出与C20和R26产生的锯齿波信号比较共同决定UC3854BN输出驱动信号的脉宽。该升压变换器的输出电压为400V。
图5中，升压变换器的输出电压为DC400作为不对称半桥变换器的直流输入电压，L6599N作为谐振控制芯片。R30、R31分压作为直流输入电压的取样信号送到L6599N的7脚，检测电压低于1.25V时，关闭输出，电压高于1.25V时重新软启动，R33决定振荡器的最低频率，R34决定振荡器的最高频率，R32、C2共同决定软启动时的最高工作频率。R41、R42、R43、C33共同组成主回路电流检测信号网络，检测到的信号送到L6599N的6脚，当6脚电压超过0.8V门限，1脚的软启动电容被芯片内部放电，工作频率增加来限制功率输出。精密稳压器TL431和隔离光电耦合器PC817组成输出电压取样反馈网络，取样的信号送入L6599N的5脚来控制芯片的工作模式。L6599N的15脚和14脚作为上管的悬浮驱动，12脚和11脚作为下管的驱动，上下管采用互补输出的驱动模式。高频变压器采用铁氧体磁芯EE65漆包线绕制而成，原边30匝，副边中间抽头各5匝，输出电压为直流24V。

Claims (5)

1.一种有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，其组成包括: 桥式整流器，其特征是:85V~265V交流输入接线端子分别连接所述的桥式整流器、整流滤波器，所述的桥式整流器分别连接升压变换器、有源功率因数校正PFC控制芯片，所述的升压变换器分别连接不对称半桥功率变换器、所述的有源功率因数校正PFC控制芯片、谐振控制芯片，所述的不对称半桥功率变换器分别连接输出接线端子、所述的谐振控制芯片，所述的整流滤波器连接辅助电源，所述的辅助电源分别连接所述的有源功率因数校正PFC控制芯片、所述的谐振控制芯片。
2.根据权利要求1所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，其特征是: 所述的辅助电源采用离线反激式拓扑结构，所述的辅助电源的高频变压器采用铁氧体磁芯EE25漆包线绕制，所述的辅助电源的控制芯片采用VIPER22A, 所述的辅助电源的取样反馈电路采用精密稳压器TL431与隔离光电耦合器PC817的组合。
3.根据权利要求1或2所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，其特征是: 所述的升压变换器的功率管采用N沟道增强型绝缘栅场效应管MOSFETAPT5025，所述的升压变换器的电感采用铁氧体磁环漆包线绕制而成，所述的升压变换器的二极管采用MUR60120，所述的有源功率因数校正PFC控制芯片采用UC3854BN。
4.根据权利要求1或2所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，其特征是: 所述的不对称半桥功率变换器的功率管采用N沟道增强型绝缘栅场效应管MOSFETW20NB50，所述的不对称半桥功率变换器的高频变压器采用铁氧体磁芯EE65漆包线绕制而成，所述的不对称半桥功率变换器的二极管采用MBR6020PT，所述的谐振控制芯片采用L6599N。
5.根据权利要求3所述的有源功率因数校正的不对称半桥功率变换器，其特征是: 所述的不对称半桥功率变换器的功率管采用N沟道增强型绝缘栅场效应管MOSFETW20NB50，所述的不对称半桥功率变换器的高频变压器采用铁氧体磁芯EE65漆包线绕制而成，所述的不对称半桥功率变换器的二极管采用MBR6020PT，所述的谐振控制芯片采用L6599N。
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