CN204559387U - 一种提高功率因数的Buck型变换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉一种提高功率因数的Buck型变换器，通过在传统的Buck型变换器中设置一个辅助电感和两支辅助开关管消除死区从而提高Buck变换器的功率因数。本实用新型所提出一种提高功率因数的Buck型变换器拓扑结构原理简单，并能实现高功率因数，为降压类型变换器功率因数矫正提供了一种有效的解决方案。
Description
技术领域
本实用新型涉及电能变换中降压型拓扑低输入电流谐波、低压输出以及高效率的功率因数校正技术领域，特别是一种提高功率因数的Buck型变换器。
背景技术
随着建设高效节能社会的强劲势头现代电力电子技术得到了飞速发展，开关电源技术作为电力电子领域重要组成部分其应用和研究广泛。普通开关电源经整流接入电网时存在功率因数低下的问题，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，因此需要对开关电源进行功率因数校正。开关电源功率因数矫正研究的重点主要有两种：一种是功率因数矫正电路拓扑的研究，另一种是功率因数矫正控制旁路的研究。原则上电力电子六种基本变换拓扑都能够实现功率因数矫正，其中最为常见的是Boost拓扑，由于其输入电感的存在使得输入电流易连续，且控制容易实现功率因数接近1。但Boost变换器直流母线电压高通常需接入400V以上耐压大电容，现有工艺高压大电容价格较高寿命不足等缺点，且对于后级应用于LED驱动电路或后级需得到12V、5V等中小功率场合中对后级器件耐压等提出了更高的要求，往往需要两级拓扑才能实现，无法实现较高的功率密度。相比Boost型变换器，具有高功率因数的Buck拓扑更能适用中低压的场合。
如图1和图2所示输入电压与电流波形，传统Buck型变换器经整流输入电压Vin小于输出电压Vo时，输入电流Iin为零，即输入存在一定的死区，这段死区使得Buck变换器输入电流谐波大网侧功率因数低。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种提高功率因数的Buck型变换器，以克服现有技术中存在的缺陷；本实用新型结构简单，易于实现。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种提高功率因数的Buck型变换器，其特征在于，包括一第一辅助开关管（S1）、一第二辅助开关管（S2）以及以辅助电感（Ls）；所述辅助电感（Ls）的一端与所述第一辅助开关管（S1）的一端相连，并与所述第二辅助开关管（S2）的一端相连；所述助电感（Ls）的另一端与一主开关管（S）的一端相连，并接入一整流桥电路的一输出端；所述所述第一辅助开关管（S1）的另一端与所述整流桥电路的另一输出端相连，并接入一二极管（D）的阳极；所述二极管（D）的阴极与所述第二辅助开关管（S2）的另一端相连，并分别接入所述开关管（S）的另一端以及一电感（L）的一端；所述电感（L）的另一端分别与一滤波电容（C）的一端以及一负载（R）的一端相连；所述滤波电容（C）的另一端与所述负载（R）的另一端相连，并接入所述二极管（D）的阳极。
在本实用新型一实施例中，所述整流桥电路包括第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）以及第四二极管（D4）；所述第一二极管（D1）的阳极与所述第二二极管（D2）的阴极相连，并作为所述整流桥电路的第一输入端；所述第三二极管（D3）的阳极与所述第四二极管（D4）的阴极相连，并作为所述整流桥电路的第二输入端；所述第一二极管（D1）的阴极与所述第三二极管（D3）的阴极相连，并作为所述整流桥电路的第一输出端；所述第二二极管（D2）的阳极与所述第四二极管（D4）的阳极相连，并作为所述整流桥电路的第二输入端。
在本实用新型一实施例中，还包括一检测控制电路；所示检测控制电路包输入电压检测电路、输出电压检测电路以及一控制器；所示输入电压检测电路的输入端与所述整流桥电路的输出端相连；所述输出电压检测电路的输入端分别与所述负载（R）的两端相连；所述输入电压检测电路与所述输出电压检测电路均与所述控制器相连；所述主开关管（S）经一主开关驱动电路连接至所述控制器；所述第一辅助开关管（S1）经一第一辅助开关驱动电路连接至所述控制器；所述第二辅助开关管（S2）经一第二辅助开关驱动电路连接至所述控制器。
相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型所提出的一种提高功率因数的Buck型变换器，相对传统Buck变换器拓扑电路，该改进的Buck型变换器拓扑电路能够有效地提高功率因数；对于中小功率应用场合，采用该改进的Buck型变换器拓扑电路仅需一级就能实现，有效提高了变换器功率密度；该改进的Buck型变换器拓扑电路的电路拓扑简单，成本低，相比两级拓扑体积可以做的更小，为降压类型变换器功率因数矫正提供了一种有效的解决方案。
附图说明
图1是传统Buck变换器拓扑电路图。
图2是传统Buck变换器拓扑电路的输入电压电流波形图。
图3为本实用新型中提高功率因数的Buck型变换拓扑电路图。
图4为本实用新型一实施例中检测控制电路的电路原理图。
图5为本实用新型中提高功率因数的Buck型变换拓扑电路的输入电压电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。
本实用新型提供一种提高功率因数的Buck型变换器，如图3所示，包括一第一辅助开关管S1、一第二辅助开关管S2以及以辅助电感Ls；所述辅助电感Ls的一端与所述第一辅助开关管S1的一端相连，并与所述第二辅助开关管S2的一端相连；所述助电感Ls的另一端与一主开关管S的一端相连，并接入一整流桥电路的一输出端；所述所述第一辅助开关管S1的另一端与所述整流桥电路的另一输出端相连，并接入一二极管D的阳极；所述二极管D的阴极与所述第二辅助开关管S2的另一端相连，并分别接入所述开关管S的另一端以及一电感L的一端；所述电感L的另一端分别与一滤波电容C的一端以及一负载R的一端相连；所述滤波电容C的另一端与所述负载R的另一端相连，并接入所述二极管D的阳极。
进一步的，在本实施例中，所述整流桥电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及第四二极管D4；所述第一二极管D1的阳极与所述第二二极管D2的阴极相连，并作为所述整流桥电路的第一输入端；所述第三二极管D3的阳极与所述第四二极管D4的阴极相连，并作为所述整流桥电路的第二输入端；所述第一二极管D1的阴极与所述第三二极管D3的阴极相连，并作为所述整流桥电路的第一输出端；所述第二二极管D2的阳极与所述第四二极管D4的阳极相连，并作为所述整流桥电路的第二输入端。
进一步的，在本实施例中，如图4所示，还包括一检测控制电路；所示检测控制电路包输入电压检测电路、输出电压检测电路以及一控制器；所示输入电压检测电路的输入端与所述整流桥电路的输出端相连；所述输出电压检测电路的输入端分别与所述负载R的两端相连；所述输入电压检测电路与所述输出电压检测电路均与所述控制器相连；所述主开关管S经一主开关驱动电路连接至所述控制器；所述第一辅助开关管S1经一第一辅助开关驱动电路连接至所述控制器；所述第二辅助开关管S2经一第二辅助开关驱动电路连接至所述控制器。
为了让本领域技术人员进一步了解本实用新型所提出的一种提高功率因数的Buck型变换器，下面结合该Buck型变换器的控制方法进行具体说明；在该说明过程中所涉及的控制方法或现有软件均不是本实用新型所保护的客体，本实用新型仅保护该电路的结构及其连接关系。
在Buck型变换器拓扑电路输入死区时，即输入电压检测电路检测到的输入电压Vin小于输出电压检测电路检测到的输出电压Vo时，切换到改进的Buck模式，控制器经主开关驱动电路断开主开关管S，并经第一辅助开关驱动电路接通第一辅助开关管S1，输入电压Vin给辅助电感Ls充能一段时间后，断开S1；经第二辅助开关驱动电路接通第二辅助开关管S2，将低输入电压升压至高于输出电压而后往负载R供电；当检测到输入电压Vin大于输出电压Vo，切换到传统Buck模式，此时第一辅助开关管S1和第二辅助开关管S2均断开，主开关管S正常工作，从而在一个工频周期消除四段输入死区，进而提高Buck变换器功率因数，其输入电压电流波形图如图5所示。
以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种提高功率因数的Buck型变换器，其特征在于，包括一第一辅助开关管（S1）、一第二辅助开关管（S2）以及以辅助电感（Ls）；所述辅助电感（Ls）的一端与所述第一辅助开关管（S1）的一端相连，并与所述第二辅助开关管（S2）的一端相连；所述辅助电感（Ls）的另一端与一主开关管（S）的一端相连，并接入一整流桥电路的一输出端；所述所述第一辅助开关管（S1）的另一端与所述整流桥电路的另一输出端相连，并接入一二极管（D）的阳极；所述二极管（D）的阴极与所述第二辅助开关管（S2）的另一端相连，并分别接入所述开关管（S）的另一端以及一电感（L）的一端；所述电感（L）的另一端分别与一滤波电容（C）的一端以及一负载（R）的一端相连；所述滤波电容（C）的另一端与所述负载（R）的另一端相连，并接入所述二极管（D）的阳极。
2.根据权利要求1所述的一种提高功率因数的Buck型变换器，其特征在于，所述整流桥电路包括第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）以及第四二极管（D4）；所述第一二极管（D1）的阳极与所述第二二极管（D2）的阴极相连，并作为所述整流桥电路的第一输入端；所述第三二极管（D3）的阳极与所述第四二极管（D4）的阴极相连，并作为所述整流桥电路的第二输入端；所述第一二极管（D1）的阴极与所述第三二极管（D3）的阴极相连，并作为所述整流桥电路的第一输出端；所述第二二极管（D2）的阳极与所述第四二极管（D4）的阳极相连，并作为所述整流桥电路的第二输入端。
3.根据权利要求1所述的一种提高功率因数的Buck型变换器，其特征在于，还包括一检测控制电路；所示检测控制电路包输入电压检测电路、输出电压检测电路以及一控制器；所示输入电压检测电路的输入端与所述整流桥电路的输出端相连；所述输出电压检测电路的输入端分别与所述负载（R）的两端相连；所述输入电压检测电路与所述输出电压检测电路均与所述控制器相连；所述主开关管（S）经一主开关驱动电路连接至所述控制器；所述第一辅助开关管（S1）经一第一辅助开关驱动电路连接至所述控制器；所述第二辅助开关管（S2）经一第二辅助开关驱动电路连接至所述控制器。
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| CN105915081A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-08-31 | 常州钜特工业科技有限公司 | 降压型ac―dc变换器的拓扑结构及其控制方法 |
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