CN205160396U - 一种高效率双Boost无桥PFC变换器 - Google Patents

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杜贵平
柳志飞
朱天生
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Abstract

本实用新型公开了一种高效率双Boost无桥PFC变换器,由一个电感、两个不带反并联二极管的IGBT、四个二极管、一个电容组成:所述电感的一端与输入交流电压源的一端连接,电感的另一端分别与第一IGBT的集电极、第二IGBT的发射极、第一二极管的阳极、第三二极管的阴极连接,输入交流电压源的另一端分别与第一IGBT的发射极、第二IGBT的集电极、第二二极管的阳极、第四二极管的阴极连接,第一二极管的阴极、第二二极管的阴极分别与负载的一端和电容的正极连接,第三二极管的阳极、第四二极管的阳极分别与负载的另一端和电容的负极连接。本实用新型结构简单,效率高,可以实现交流侧单位功率因数运行。

Description

一种高效率双Boost无桥PFC变换器
技术领域
本实用新型涉及AC/DC变换领域,尤其涉及一种高效率双Boost无桥PFC变换器。
背景技术
目前大量的使用桥式不控整流不仅给电网造成了严重的谐波污染,而且交流侧功率因数的偏低也造成了电能的浪费。功率因数校正技术能够实现交流侧电流跟踪交流侧电压,可以提高交流侧的功率因数。
传统的Boost型PFC电路由于整流桥的存在造成整机的效率偏低。为了提高转换效率,PFC已经从传统的有桥PFC发展到无桥PFC。在目前广泛研究的无桥PFC电路中通常有2个电感,这类拓扑电路结构复杂、体系庞大,而且由于这2个电感参数的差异可能会造成交流侧电流正负半周有偏差。
为了解决上述的问题,本实用新型提出了一种高效率双Boost无桥PFC变换器。
实用新型内容
针对现有PFC电路功率损耗大、效率偏低及现有无桥PFC电路结构复杂等问题,本实用新型的目的在于一种无桥的结构简单的高效率双Boost无桥PFC变换器,能降低电路损耗,提高转换效率。
为了达到以上所述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种高效率双Boost无桥PFC变换器,由一个电感、两个不带反并联二极管的IGBT、四个二极管、一个电容组成,所述电感的一端与输入交流电压源的一端连接,电感的另一端分别与第一IGBT的集电极、第二IGBT的发射极、第一二极管的阳极、第三二极管的阴极连接,输入交流电压源的另一端分别与第一IGBT的发射极、第二IGBT的集电极、第二二极管的阳极、第四二极管的阴极连接,第一二极管的阴极、第二二极管的阴极分别与负载的一端和电容的正极连接,第三二极管的阳极、第四二极管的阳极分别与负载的另一端和电容的负极连接。
当输入交流电压源在正半周时,第一IGBT的集电极和发射极之间承受正向电压,通过给定栅极信号可以控制它的导通和关断,而第二IGBT的集电极和发射极之间承受反向电压而关断;当工作在交流正半周期时,交流电压源、电感、第一IGBT、第一二极管和第四二极管、电容共同组成一个Boost电路。
当输入交流电压源在负半周时,第二IGBT的集电极和发射极之间承受正向电压,通过给定栅极信号可以控制它的导通和关断,而第一IGBT的集电极和发射极之间承受反向电压而关断;当工作在交流负半周期时,交流电压源、电感、第二IGBT、第二二极管和第三二极管、电容共同组成另一个Boost电路。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果有:
1、传输效率高。本实用新型采用两个反并联的IGBT分别工作在输入交流电源的正负半周,每个半周可以视为一个Boost电路。与传统的的PFC电路相比实现无桥,直流侧省去一个续流二极管,采用无反并联二极管的IGBT,减少了损耗,整机效率得到提高。
2、电路结构简单、运行稳定。本实用新型与当前广泛研究的2个电感的无桥PFC电路相比,省去了一个电感,电路结构简单,控制简单,而且避免了2个电感参数根据系统运行而变化造成波动,电路运行更加稳定。
3、器件的使用率得到提高。当前无桥PFC电路中通常有2个电感,这两个电感各自工作在电网电压的正半周和负半周,可以看出这2个电感并没有得到充分的利用,造成资源的浪费。本实用新型采用一个电感,可以工作在电网电压的整个工频周期,资源得到最大利用,有利于减小装置的体积。
附图说明
图1是本实用新型的一种双Boost无桥PFC变换器结构图;
图2a、图2b分别是图1所示电路在输入电压正半周时第一IGBT管开通和关断时的工作示意图;
图3a、图3b分别是图1所示电路在输入电压负半周时第二IGBT管开通和关断时的工作示意图;
图4是实例中得到交流侧输入交流电压与电流的波形图;
图5是实例得到直流侧输出直流电压的波形图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述说明,但本实用新型的实施方式不限于此。需指出的是,以下若有未特别详细说明之过程或参数,均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
如图1所示,一种高效率双Boost无桥PFC变换器由一个电感L、两个不带反并联二极管的IGBT(S1-S2)、四个二极管(D1-D4)、一个电容C组成,所述电感L的一端与输入交流电压源Vin的一端连接,电感L的另一端分别与第一IGBTS1的集电极、第二IGBTS2的发射极、第一二极管D1的阳极、第三二极管D3的阴极连接,输入交流电压源Vin的另一端分别与第一IGBTS1的发射极、第二IGBTS2的集电极、第二二极管D2的阳极、第四二极管D4的阴极连接,第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极分别与负载R的一端和电容C的正极连接,第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阳极分别与负载R的另一端和电容C的负极连接。
如图2a~2b,当输入交流电压源Vin工作在正半周时,第一IGBTS1的集电极和发射极之间承受正向电压,通过给定栅极信号可以控制它的导通和关断,而第二IGBTS2的集电极和发射极之间承受反向电压而关断;当工作在交流正半周期时,交流电压源Vin、电感L、第一IGBTS1、第一二极管D1和第四二极管D4、电容C共同组成一个Boost电路。当控制第一IGBT管S1导通时,输入交流电压源Vin对电感L正向进行充电储能,电容C对负载R放电。当控制第一IGBT管S1关断时,输入交流电压源Vin、电感L、第一二极管D1和第四二极管D4、电容C和负载R形成一个回路,此时电容C进行充电。根据输出直流电压U0的要求调整第一IGBT管S1的导通和关断时间。
如图3a~3b,当输入交流电压源Vin工作在负半周时,第二IGBTS2的集电极和发射极之间承受正向电压,通过给定栅极信号可以控制它的导通和关断,而第一IGBTS1的集电极和发射极之间承受反向电压而关断;当工作在交流负半周期时,交流电压源Vin、电感L、第二IGBTS2、第二二极管D2和第三二极管D3、电容C共同组成另一个Boost电路。当控制IGBT管S2导通时,输入交流电压源Vin对电感L反向进行充电储能,电容C对负载R放电。当控制第二IGBT管S2关断时,输入交流电压源Vin、电感L、第二二极管D2和第三二极管D3、电容C和负载R形成一个回路,此时电容C进行充电。根据输出直流电压U0的要求调整第二IGBT管S2的导通和关断时间。
如图4,实验参数为:输入交流电源Vin=220V/50HZ,电感L=3mH,输出功率Pout=1kW,电容Co=1000μF,输出电压Uo=400V,IGBT开关频率fs=50HZ,IGBT选用英飞凌的FGW40N120H。实验验证本实用新型交流侧输入电流跟踪输入电压,可实现单位功率因数运行,电流谐波小。
如图5,在同样的实验参数下,得到直流侧输出电压稳定,纹波小。
本领域技术人员可以在不违背本实用新型的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代,但是这些改动均落入本实用新型的保护范围。因此本实用新型技术范围不局限于上述实施例。

Claims (2)

1.一种高效率双Boost无桥PFC变换器,其特征在于,由一个电感(L)、两个IGBT(S1-S2)、四个二极管(D1-D4)、一个电容(C)组成,所述电感(L)的一端与输入交流电压源(Vin)的一端连接,电感(L)的另一端分别与第一IGBT(S1)的集电极、第二IGBT(S2)的发射极、第一二极管(D1)的阳极、第三二极管(D3)的阴极连接,输入交流电压源(Vin)的另一端分别与第一IGBT(S1)的发射极、第二IGBT(S2)的集电极、第二二极管(D2)的阳极、第四二极管(D4)的阴极连接,第一二极管(D1)的阴极、第二二极管(D2)的阴极分别与负载(R)的一端和电容(C)的正极连接,第三二极管(D3)的阳极、第四二极管(D4)的阳极分别与负载(R)的另一端和电容(C)的负极连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效率双Boost无桥PFC变换器,其特征在于所述两个IGBT(S1-S2)均为不带反并联二极管的IGBT。
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