CN204681264U - 一种无桥pfc开关电源电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种无桥PFC开关电源电路，包括输出二极管电路和交错并联PFC电路，交错并联PFC电路包括复数条PFC电路；输出二极管电路的第一输出二极管的阴极接直流输出端的正极，阳极接第二输出二极管的阴极，第二输出二极管的阳极接直流输出端的负极；输出滤波电容与输出二极管电路并联，PFC电路包括电感、双向电子开关和输出支路；输出支路包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的阴极接直流输出端的正极，阳极接第二二极管的阴极，第二二极管的阳极接直流输出端的负极；电感的第一端接交流输入端，第二端接第一二极管的阳极，双向电子开关的第一端接电感的第二端，第二端接第一输出二极管的阳极。本实用新型能够提高电路效率，具有广阔的应用前景。

Description

一种无桥PFC开关电源电路
[技术领域]
本实用新型涉及高频开关电源，尤其涉及一种无桥PFC开关电源电路。
[背景技术]
随着开关电源技术的发展，由于输入谐波电流限制，PFC(power factorcorrection，功率因数校正)电路成为开关电源中不可缺少的一个部分，而开关电源的体积要求越来越小，效率要求越来越高，以此来节省能源。
无桥PFC和交错并联PFC电路因能比传统单管有桥PFC提高效率，越来越受到人们重视。如果要提高效率，双BOOST半无桥PFC开关电源电路是一个很好的选择，典型拓扑见图1，但是这种PFC开关电源电路采用双电感，磁芯利用率较低，且可靠性较低，成本较高。另外，交错并联PFC电路也是一个很好的拓扑选择，典型电路见图2，但是该拓扑还存在二极管组成的输入整流桥，效率不高。后来，一种基于双向开关的无桥PFC电路被研究，电路见图3。这种电路简捷，实用，但效率还有待提高。随着技术发展，新的图腾柱无桥PFC拓扑被进一步提出，典型电路见图4，这种PFC拓扑兼顾交错并联PFC和双BOOST无桥PFC的优点，效率很高，但是由于用MOS的体二极管做PFC的输出二极管，反向恢复特性较差，所以功率难以做大。
[发明内容]
本实用新型要解决的技术问题是提供一种效率较高的无桥PFC开关电源电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种无桥PFC开关电源电路，包括交流输入端、直流输出端，输出二极管电路、输出滤波电容和交错并联PFC电路，交错并联PFC电路包括复数条PFC电路；输出二极管电路包括第一输出二极管和第二输出二极管，第一输出二极管的阴极接直流输出端的正极，阳极接第二输出二极管的阴极，第二输出二极管的阳极接直流输出端的负极，输出滤波电容与输出二极管电路并联；PFC电路包括电感、双向电子开关和输出支路；输出支路包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的阴极接直流输出端的正极，阳极接第二二极管的阴极，第二二极管的阳极接直流输出端的负极；电感的第一端接交流输入端，第二端接第一二极管的阳极，双向电子开关的第一端接电感的第二端，第二端接第一输出二极管的阳极。
以上所述的无桥PFC开关电源电路，双向电子开关包括第一MOS管、第二MOS管、第三二极管和第四二极管，第一MOS管的漏极接电感的第二端，源极接第二MOS管的源极，第二MOS管的漏极接第一输出二极管的阳极；第三二极管的阴极接第一MOS管的漏极，阳极接第一MOS管的源极；第四二极管的阴极接第二MOS管的漏极，阳极接第二MOS管的源极。
以上所述的无桥PFC开关电源电路，双向电子开关包括开关管、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管；第五二极管的阳极接电感的第二端，阴极接开关管的集电极，开关管的发射极接第八二极管的阳极，第八二极管的阴极接第一输出二极管的阳极；第七二极管的阳极接第二输出二极管的阴极，阴极接开关管的集电极；开关管的发射极接第六二极管的阳极，第六二极管的阴极接电感的第二端；所述的开关管是三极管或IGBT管。
以上所述的无桥PFC开关电源电路，交错并联PFC电路包括N条PFC电路，N≥2，N条PFC电路的每一条之间错相360°/N。
本实用新型的无桥PFC开关电源电路能够保证在电路可靠性基本不变的前提下，提高PFC电路效率，具有简捷成熟的优点和广阔的应用前景。
[附图说明]
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。
图1是现有技术双BOOST半无桥PFC开关电源电路的原理图。
图2是现有技术交错并联PFC开关电源电路的原理图。
图3是现有技术本基于双向开关的无桥PFC开关电源电路的原理图。
图4是现有技术图腾柱无桥PFC开关电源电路的原理图。
图5是本实用新型实施例1无桥PFC开关电源电路的原理图。
图6是本实用新型实施例2无桥PFC开关电源电路的原理图。
图7是本实用新型实施例3无桥PFC开关电源电路的原理图。
[具体实施方式]
本实用新型实施例1无桥PFC开关电源电路的结构和原理如图5所示，包括交流输入端、直流输出端，输出二极管电路、输出滤波电容和交错并联PFC电路，交错并联PFC电路包括n条PFC电路,其中n大于2。
输出二极管电路包括输出二极管D1和输出二极管D2，输出二极管D1的阴极接直流输出端的正极，阳极接输出二极管D2的阴极，输出二极管D2的阳极接直流输出端的负极，输出滤波电容C与输出二极管电路并联。
n条PFC电路结构原理相同，例如，第1条PFC电路包括双向电子开关S1和输出支路。输出支路包括第一二极管D11和第二二极管D12，第一二极管D11的阴极接直流输出端的正极，阳极接第二二极管D12的阴极，第二二极管D12的阳极接直流输出端的负极。电感L1的第一端接交流输入端，第二端接第一二极管D11的阳极，双向电子开关S1的第一端接电感L1的第二端，第二端接输出二极管D1的阳极。
第n条PFC电路包括双向电子开关Sn和输出支路。输出支路包括第一二极管Dn1和第二二极管Dn2，第一二极管Dn1的阴极接直流输出端的正极，阳极接第二二极管Dn2的阴极，第二二极管Dn2的阳极接直流输出端的负极。电感Ln的第一端接交流输入端，第二端接第一二极管D11的阳极，双向电子开关Sn的第一端接电感Ln的第二端，第二端接输出二极管D1的阳极。
第1相PFC电路的工作过程如下：当输入电压处于正半周，S1导通时，输入电压给电感L1充电，S1关断时，电感L1的能量通过二极管D11和二极管D2释放给电容C；当输入电压处于负半周，S1导通时，输入电压给电感L1充电，S1关断时，电感L1的能量通过二极管D12和二极管D1的回路释放给电容C。
同样，第n相PFC电路的工作过程如下：当输入电压处于正半周，Sn导通时，输入电压给电感Ln充电，Sn关断时，电感Ln的能量通过二极管Dn1和二极管D2释放给电容C；当输入电压处于负半周，Sn导通时，输入电压给电感Ln充电，Sn关断时，电感Ln的能量通过二极管Dn2和二极管D1的回路释放给电容C。
这样就实现了PFC的目的，提高了交错并联PFC的效率。
n条PFC电路的每一条之间错相360°/n。
PFC电路的控制模式可以是临界导通模式(CRM)、电流断续模式(DCM)或电流连续模式(CCM)。
输出二极管电路的二极管和输出支路的二极管都采用快恢复二极管。
本实用新型实施例2无桥PFC开关电源电路的结构和原理如图6所示，包括交流输入端、直流输出端，输出二极管电路、输出滤波电容和交错并联PFC电路，交错并联PFC电路包括两条PFC电路。
输出二极管电路包括输出二极管D1和输出二极管D2，输出二极管D1的阴极接直流输出端的正极，阳极接输出二极管D2的阴极，输出二极管D2的阳极接直流输出端的负极，输出滤波电容C与输出二极管电路并联。
两条PFC电路结构原理相同，例如，第1条PFC电路包括双向电子开关S1和输出支路。输出支路包括第一二极管D11和第二二极管D12，第一二极管D11的阴极接直流输出端的正极，阳极接第二二极管D12的阴极，第二二极管D12的阳极接直流输出端的负极。电感L1的第一端接交流输入端，第二端接第一二极管D11的阳极，双向电子开关S1的第一端接电感L1的第二端，第二端接输出二极管D1的阳极。
第2条PFC电路包括双向电子开关S2和输出支路。输出支路包括第一二极管D21和第二二极管D22，第一二极管D21的阴极接直流输出端的正极，阳极接第二二极管D22的阴极，第二二极管D22的阳极接直流输出端的负极。电感L2的第一端接交流输入端，第二端接第一二极管D11的阳极，双向电子开关S2的第一端接电感L2的第二端，第二端接输出二极管D1的阳极。
第1相PFC电路的工作过程如下：当输入电压处于正半周，S1导通时，输入电压给电感L1充电，S1关断时，电感L1的能量通过二极管D11和二极管D2释放给电容C；当输入电压处于负半周，S1导通时，输入电压给电感L1充电，S1关断时，电感L1的能量通过二极管D12和二极管D1的回路释放给电容C。
同样，第2相PFC电路的工作过程如下：当输入电压处于正半周，S2导通时，输入电压给电感L2充电，S2关断时，电感L2的能量通过二极管D21和二极管D2释放给电容C；当输入电压处于负半周，S2导通时，输入电压给电感L2充电，S2关断时，电感L2的能量通过二极管D22和二极管D1的回路释放给电容C。
双向电子开关S1和S2的结构相同，电子开关S1和S2分别包括第一MOS管、第二MOS管、第三二极管和第四二极管。
以电子开关S1为例，第一MOS管的漏极接电感L1的第二端，源极接第二MOS管的源极，第二MOS管的漏极接输出二极管D1的阳极。第三二极管的阴极接第一MOS管的漏极，阳极接第一MOS管的源极。第四二极管的阴极接第二MOS管的漏极，阳极接第二MOS管的源极。
实施例2中作为电子开关的MOS管可以用IGBT管代替。
本实用新型实施例3无桥PFC开关电源电路的结构和原理如图7所示，与实施例2不同的是，双向电子开关S1和S2各包括三极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管。
以电子开关S1为例，第五二极管的阳极接电感L1的第二端，阴极接三极管的集电极，三极管的发射极接第八二极管的阳极，第八二极管的阴极接输出二极管D1的阳极。第七二极管的阳极接输出二极管D2的阴极，阴极接三极管的集电极。三极管的发射极接第六二极管的阳极，第六二极管的阴极接电感L1的第二端。
实施例3中作为电子开关的三极管可以用IGBT管代替，IGBT管的接法与三极管相同。
本实用新型以上实施例的无桥PFC开关电源电路，兼顾交错并联PFC和双向开关无桥PFC优点，而且输出二极管反向恢复问题比图腾柱PFC好，能够保证在电路可靠性基本不变的前提下，提高PFC电路效率，具有简捷成熟的优点和广阔的应用前景。

Claims (4)

1.一种无桥PFC开关电源电路，其特征在于，包括交流输入端、直流输出端，输出二极管电路、输出滤波电容和交错并联PFC电路，交错并联PFC电路包括复数条PFC电路；输出二极管电路包括第一输出二极管和第二输出二极管，第一输出二极管的阴极接直流输出端的正极，阳极接第二输出二极管的阴极，第二输出二极管的阳极接直流输出端的负极，输出滤波电容与输出二极管电路并联；PFC电路包括电感、双向电子开关和输出支路；输出支路包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的阴极接直流输出端的正极，阳极接第二二极管的阴极，第二二极管的阳极接直流输出端的负极；电感的第一端接交流输入端，第二端接第一二极管的阳极，双向电子开关的第一端接电感的第二端，第二端接第一输出二极管的阳极。
2.根据权利要求1所述的无桥PFC开关电源电路，其特征在于，双向电子开关包括第一MOS管、第二MOS管、第三二极管和第四二极管，第一MOS管的漏极接电感的第二端，源极接第二MOS管的源极，第二MOS管的漏极接第一输出二极管的阳极；第三二极管的阴极接第一MOS管的漏极，阳极接第一MOS管的源极；第四二极管的阴极接第二MOS管的漏极，阳极接第二MOS管的源极。
3.根据权利要求1所述的无桥PFC开关电源电路，其特征在于，双向电子开关包括开关管、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管；第五二极管的阳极接电感的第二端，阴极接开关管的集电极，开关管的发射极接第八二极管的阳极，第八二极管的阴极接第一输出二极管的阳极；第七二极管的阳极接第二输出二极管的阴极，阴极接开关管的集电极；开关管的发射极接第六二极管的阳极，第六二极管的阴极接电感的第二端；所述的开关管是三极管或IGBT管。
4.根据权利要求1所述的无桥PFC开关电源电路，其特征在于，交错并联PFC电路包括N条PFC电路，N≥2，N条PFC电路的每一条之间错相360°/N。
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