CN206283411U - 一种单级隔离功率因数校正电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单级隔离功率因数校正电路，包括有桥式模块、功率因数电感Lp、变压器T、隔直电容Cp、谐振电感Lr、阻尼模块、第一钳位模块、开关管Q1以及输出模块；与传统的带电气隔离的多级功率因数校正转换电路相比，本实用新型通过较少的电子元器件即可实现单级电气隔离与功率因数校正的功能，具有成本低、效率高、电路结构简单的优点。

Description

一种单级隔离功率因数校正电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种单级隔离功率因数校正电路。

背景技术

目前带电气隔离的功率因数校正转换器一般是由两级功率转换级组成：前面一级为全桥整流后通过升压转换器来控制输入电流跟随输入电压波形来实现功率因数校正。后面再增加一级DC/DC转换器来实现电气隔离以及调压。这种结构的电路可以有效的功率因数校正以及实现比较好的效率，但是由于它存在多级转换，造成成本较高，而且升压转换器输出电容较大，存在较大的浪涌电路。

目前有人提出使用Flyback 和SEPIC的拓扑来实现单级隔离AC-DC功率因数校正转换器。但是这些单级隔离PFC转换器只适合小功率，而为降低输入电流谐波分量，这些拓扑电路需要增加额外线路才能实现，这也就增加了复杂性和成本。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种电路结构简单，成本低，高效率，性能可靠的单级隔离功率因数校正电路。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：一种单级隔离功率因数校正电路，包括有桥式模块、功率因数电感Lp、变压器T、隔直电容Cp、谐振电感Lr、阻尼模块、第一钳位模块、开关管Q1以及输出模块；

所述桥式模块的输入端与交流电连接；所述桥式模块的一个输出端通过功率因数电感Lp与变压器T初级线圈的一端连接；所述桥式模块的一个输出端通过阻尼模块与谐振电感Lr的一端连接；所述谐振电感Lr的另一端与变压器T初级线圈的另一端连接；

所述隔直电容Cp的一端与谐振电感Lr的一端连接，隔直电容Cp的另一端与桥式模块的另一个输出端连接；

所述开关管Q1的漏极与变压器T初级线圈的一端连接，开关管Q1的源极与桥式模块的另一个输出端连接；

所述第一钳位模块的一端与变压器T初级线圈的一端连接，第一钳位模块的另一端与桥式模块的另一个输出端连接；

所述输出模块与变压器T次级线圈连接。

本实用新型进一步设置为，第一钳位模块包括有二极管D1、MOS管Q2以及钳位电容C2；所述MOS管Q2的源极与变压器T初级线圈的一端连接，MOS管Q2的漏极通过钳位电容C2与桥式模块的另一个输出端连接；所述二极管D1的正极与MOS管Q2的源极连接，二极管D1的负极与MOS管Q2的漏极连接。

一种单级隔离功率因数校正电路，包括有功率因数电感Lp、变压器T、隔直电容Cp、谐振电感Lr、阻尼模块、第二钳位模块、开关管Q3、开关管Q4以及输出模块；

所述功率因数电感Lp的一端与交流电输入源的一端连接，功率因数电感Lp的另一端与变压器T初级线圈的一端连接；所述功率因数电感Lp的一端通过阻尼模块与谐振电感Lr的一端连接；所述谐振电感Lr的另一端与变压器T初级线圈的另一端连接；

所述隔直电容Cp的一端与谐振电感Lr的一端连接，隔直电容Cp的另一端与交流电输入源的另一端连接；

所述开关管Q3的漏极与变压器T初级线圈的一端连接，开关管Q3的源极与开关管Q4的源极连接；所述开关管Q4的漏极与交流电输入源的另一端连接；

所述第二钳位模块的一端与变压器T初级线圈的一端连接，第二钳位模块的另一端与交流电输入源的另一端连接；

所述输出模块与变压器T次级线圈连接。

本实用新型进一步设置为，所述第二钳位模块包括有MOS管Q5、MOS管Q6以及钳位电容C2；所述MOS管Q5的源极与变压器T初级线圈的一端连接，MOS管Q5的漏极与MOS管Q6的源极连接；所述MOS管Q6的漏极通过钳位电容C2与交流电输入源的另一端连接。

本实用新型进一步设置为，所述钳位电容C2并联有翻转模块；所述翻转模块包括有电感L1、三极管D2以及三极管D3；所述电感L1的一端与钳位电容C2的一端连接；所述电感L1的另一端与三极管D2的集电极连接；所述三极管D2的发射极与三极管D3的发射极连接；所述三极管D3的集电极与钳位电容C2的另一端连接。

本实用新型进一步设置为，所述阻尼模块包括有电阻Rd以及电感Ld；所述电感Ld的一端与功率因数电感Lp的一端连接；所述电感Ld的另一端与电阻Rd的一端连接；所述电阻Rd的另一端与谐振电感Lr的一端连接。

本实用新型进一步设置为，所述输出模块包括有电感L2、电容CL1、电容CL2、电容C2、电阻R1以及由二极管Ds1、二极管Ds2、二极管Ds3、二极管Ds4组成的整流桥；所述变压器T的次级线圈的两个端口分别与整流桥的两个输入端连接；所述整流桥的一个输出端通过电容CL1与整流桥的另一个输出端连接；所述整流桥的一个输出端与电感L2的一端连接；所述电感L2的另一端通过电阻R1与整流桥的另一个输出端连接；所述电感L2的另一端通过电容CL2与整流桥的另一个输出端连接；所述电感L2的一端通过电容C2与电阻R1连接。

本实用新型的有益效果：与传统的带电气隔离的多级功率因数校正转换电路相比，本实用新型通过较少的电子元器件即可实现单级电气隔离与功率因数校正的功能，具有成本低、效率高、电路结构简单的优点。

附图说明

利用附图对实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本实用新型实施例1的电路图；

图2是本实用新型实施例2的电路图。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例1；

由图1可知；本实施例所述的一种单级隔离功率因数校正电路，包括有桥式模块、功率因数电感Lp、变压器T、隔直电容Cp、谐振电感Lr、阻尼模块、第一钳位模块、开关管Q1以及输出模块；所述桥式模块的输入端与交流电连接；所述桥式模块的一个输出端通过功率因数电感Lp与变压器T初级线圈的一端连接；所述桥式模块的一个输出端通过阻尼模块与谐振电感Lr的一端连接；所述谐振电感Lr的另一端与变压器T初级线圈的另一端连接；所述隔直电容Cp的一端与谐振电感Lr的一端连接，隔直电容Cp的另一端与桥式模块的另一个输出端连接；所述开关管Q1的漏极与变压器T初级线圈的一端连接，开关管Q1的源极与桥式模块的另一个输出端连接；所述第一钳位模块的一端与变压器T初级线圈的一端连接，第一钳位模块的另一端与桥式模块的另一个输出端连接；所述输出模块与变压器T次级线圈连接。

所述第一钳位模块包括有二极管D1、MOS管Q2以及钳位电容C2；所述MOS管Q2的源极与变压器T初级线圈的一端连接，MOS管Q2的漏极通过钳位电容C2与桥式模块的另一个输出端连接；所述二极管D1的正极与MOS管Q2的源极连接，二极管D1的负极与MOS管Q2的漏极连接。

所述钳位电容C2并联有翻转模块；所述翻转模块包括有电感L1、三极管D2以及三极管D3；所述电感L1的一端与钳位电容C2的一端连接；所述电感L1的另一端与三极管D2的集电极连接；所述三极管D2的发射极与三极管D3的发射极连接；所述三极管D3的集电极与钳位电容C2的另一端连接。

所述阻尼模块包括有电阻Rd以及电感Ld；所述电感Ld的一端与功率因数电感Lp的一端连接；所述电感Ld的另一端与电阻Rd的一端连接；所述电阻Rd的另一端与谐振电感Lr的一端连接。

所述输出模块包括有电感L2、电容CL1、电容CL2、电容C2、电阻R1以及由二极管Ds1、二极管Ds2、二极管Ds3、二极管Ds4组成的整流桥；所述变压器T的次级线圈的两个端口分别与整流桥的两个输入端连接；所述整流桥的一个输出端通过电容CL1与整流桥的另一个输出端连接；所述整流桥的一个输出端与电感L2的一端连接；所述电感L2的另一端通过电阻R1与整流桥的另一个输出端连接；所述电感L2的另一端通过电容CL2与整流桥的另一个输出端连接；所述电感L2的一端通过电容C2与电阻R1连接。

具体地，开关管Q1的驱动信号由控制系统根据调节输入电流和输出电压信号反馈产生的脉宽调制PWM信号产生，MOS管Q2的驱动信号为与Q1的驱动信号有一定死区延时的互补信号；当在MOS管Q2关断前瞬间，变压器T初级线圈的电流为功率因数电感Lp电流Ip和由钳位电容C2提供的电流Iclamp之和，当MOS管Q2关断而开关管Q1导通驱动又尚未给出期间，由于谐振电感Lr和功率因数电感Lp的电流不能突变，而MOS管Q2关断了由钳位电容C2提供的电流Iclamp回路，则此部分能量转移到开关管Q1，MOS管Q2的漏源极之间电容上。期间由于开关管Q1的漏源极电容不断放电，MOS管Q2的漏源极电容不断充电，直至开关管Q1的漏源极之间电压为零后转由其反向并联二极管D1导通；当开关管Q1的漏源极之间电压为零后转由其反向并联二极管D1导通时，此时给予开关管Q1驱动，即可实现开关管Q1的ZVS零电压开通的软开关；

而当开关管Q1导通时功率因数电感Lp，开关管Q1，桥式模块,AC电源组成回路，功率因数电感Lp存储能量，其电流Ip逐渐上升。变压器T初级线圈，谐振电感Lr, 隔直电容Cp和开关管Q1组成另一回路，电流由正向负反方向逐渐增大，而次级电流波形和初级电流波形一致，只是幅值根据变压器T的初次级圈数比等比例变化，经过隔离电容Cs和次级整流二极管传输给输出电容和负载；当开关管Q1关断而MOS管Q2导通驱动又尚未给出期间, 由于谐振电感Lr和功率因数电感Lp的电流不能特变，Lp和Lr能量一方面是给开关管Q1的漏源极之间电容进行充电，一方面是对MOS管Q2的漏源极之间电容放电，直至MOS管Q2的漏源极之间电压为零后转由其反向并联二极管D1导通，对钳位电容C2充电，谐振电感Lr能量释放，电流减小；当MOS管Q2的漏源极之间电压为零后转由其反向并联二极管D1导通时，此时给予MOS管Q2驱动，即可实现MOS管Q2的ZVS，零电压开通的软开关。当Q2导通时，功率因数电感Lp处于续流状态，Ip逐渐减小。C2,Q2的电流也逐渐减小，进而反方向逐渐增大，由钳位电容C2放电提供能量，转向谐振电感Lr存储能量,变压器初级电流反方向逐渐增大，次级电流也反方向增大，经过隔离电容Cs和次级整流二极管传输给输出电容和负载。

实施例2；

如图2所示，一种单级隔离功率因数校正电路，包括有功率因数电感Lp、变压器T、隔直电容Cp、谐振电感Lr、阻尼模块、第二钳位模块、开关管Q3、开关管Q4以及输出模块；所述功率因数电感Lp的一端与交流电输入源的一端连接，功率因数电感Lp的另一端与变压器T初级线圈的一端连接；所述功率因数电感Lp的一端通过阻尼模块与谐振电感Lr的一端连接；所述谐振电感Lr的另一端与变压器T初级线圈的另一端连接；所述隔直电容Cp的一端与谐振电感Lr的一端连接，隔直电容Cp的另一端与交流电输入源的另一端连接；所述开关管Q3的漏极与变压器T初级线圈的一端连接，开关管Q3的源极与开关管Q4的源极连接；所述开关管Q4的漏极与交流电输入源的另一端连接；所述第二钳位模块的一端与变压器T初级线圈的一端连接，第二钳位模块的另一端与交流电输入源的另一端连接；所述输出模块与变压器T次级线圈连接。

所述第二钳位模块包括有MOS管Q5、MOS管Q6以及钳位电容C2；所述MOS管Q5的源极与变压器T初级线圈的一端连接，MOS管Q5的漏极与MOS管Q6的源极连接；所述MOS管Q6的漏极通过钳位电容C2与交流电输入源的另一端连接。

所述钳位电容C2并联有翻转模块；所述翻转模块包括有电感L1、三极管D2以及三极管D3；所述电感L1的一端与钳位电容C2的一端连接；所述电感L1的另一端与三极管D2的集电极连接；所述三极管D2的发射极与三极管D3的发射极连接；所述三极管D3的集电极与钳位电容C2的另一端连接。

所述阻尼模块包括有电阻Rd以及电感Ld；所述电感Ld的一端与功率因数电感Lp的一端连接；所述电感Ld的另一端与电阻Rd的一端连接；所述电阻Rd的另一端与谐振电感Lr的一端连接。

所述输出模块包括有电感L2、电容CL1、电容CL2、电容C2、电阻R1以及由二极管Ds1、二极管Ds2、二极管Ds3、二极管Ds4组成的整流桥；所述变压器T的次级线圈的两个端口分别与整流桥的两个输入端连接；所述整流桥的一个输出端通过电容CL1与整流桥的另一个输出端连接；所述整流桥的一个输出端与电感L2的一端连接；所述电感L2的另一端通过电阻R1与整流桥的另一个输出端连接；所述电感L2的另一端通过电容CL2与整流桥的另一个输出端连接；所述电感L2的一端通过电容C2与电阻R1连接。

具体地，与实施例1不一样的是，本实施例所述的一种单级隔离功率因数校正电路，区别在于当输入电压V_Line_1相对于V_line_2为正时，开关管Q4和MOS管Q5保持据输入电压电流和输出电压调整给出的脉宽调制信号，Q6的的驱动信号为与Q3的驱动信号有一定导通，Q3和Q6的工作时序和前面描述的带整流桥的Q1，Q2的工作时序一样，Q3的驱动为控制系统根死区延时的互补信号。

输入电压V_Line_1相对于V_line_2为负时，Q3和Q6保持导通，Q4和Q5的工作时序和前面描述的带整流桥的Q1，Q2的工作时序一样，Q4的驱动为控制系统根据输入电压电流和输出电压调整给出的脉宽调制信号，Q5的的驱动信号为与Q3的驱动信号有一定死区延时的互补信号。且在过零点时，通过固定脉宽如10us的驱动信号Sflip，与L1组成C2极性翻转线路，将C2两端电压极性翻转，此翻转模块用来在AC源电压过零点时，翻转钳位电容C2两端电压的极性。此模块可以减轻初级线路器件的电压电流应力，改善效率。

除了这两方面区别，其他的工作时序，方式与前面带整流桥的工作方式一样，这里不再赘述。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种单级隔离功率因数校正电路，其特征在于：包括有桥式模块、功率因数电感Lp、变压器T、隔直电容Cp、谐振电感Lr、阻尼模块、第一钳位模块、开关管Q1以及输出模块；

所述桥式模块的输入端与交流电连接；所述桥式模块的一个输出端通过功率因数电感Lp与变压器T初级线圈的一端连接；所述桥式模块的一个输出端通过阻尼模块与谐振电感Lr的一端连接；所述谐振电感Lr的另一端与变压器T初级线圈的另一端连接；

所述隔直电容Cp的一端与谐振电感Lr的一端连接，隔直电容Cp的另一端与桥式模块的另一个输出端连接；

所述开关管Q1的漏极与变压器T初级线圈的一端连接，开关管Q1的源极与桥式模块的另一个输出端连接；

所述第一钳位模块的一端与变压器T初级线圈的一端连接，第一钳位模块的另一端与桥式模块的另一个输出端连接；

所述输出模块与变压器T次级线圈连接。

2.根据权利要求1所述的一种单级隔离功率因数校正电路，其特征在于：第一钳位模块包括有二极管D1、MOS管Q2以及钳位电容C2；所述MOS管Q2的源极与变压器T初级线圈的一端连接，MOS管Q2的漏极通过钳位电容C2与桥式模块的另一个输出端连接；所述二极管D1的正极与MOS管Q2的源极连接，二极管D1的负极与MOS管Q2的漏极连接。

3.一种单级隔离功率因数校正电路，其特征在于：包括有功率因数电感Lp、变压器T、隔直电容Cp、谐振电感Lr、阻尼模块、第二钳位模块、开关管Q3、开关管Q4以及输出模块；

所述功率因数电感Lp的一端与交流电输入源的一端连接，功率因数电感Lp的另一端与变压器T初级线圈的一端连接；所述功率因数电感Lp的一端通过阻尼模块与谐振电感Lr的一端连接；所述谐振电感Lr的另一端与变压器T初级线圈的另一端连接；

所述隔直电容Cp的一端与谐振电感Lr的一端连接，隔直电容Cp的另一端与交流电输入源的另一端连接；

所述开关管Q3的漏极与变压器T初级线圈的一端连接，开关管Q3的源极与开关管Q4的源极连接；所述开关管Q4的漏极与交流电输入源的另一端连接；

所述第二钳位模块的一端与变压器T初级线圈的一端连接，第二钳位模块的另一端与交流电输入源的另一端连接；

所述输出模块与变压器T次级线圈连接。

4.根据权利要求3所述的一种单级隔离功率因数校正电路，其特征在于：所述第二钳位模块包括有MOS管Q5、MOS管Q6以及钳位电容C2；所述MOS管Q5的源极与变压器T初级线圈的一端连接，MOS管Q5的漏极与MOS管Q6的源极连接；所述MOS管Q6的漏极通过钳位电容C2与交流电输入源的另一端连接。

5.根据权利要求4所述的一种单级隔离功率因数校正电路，其特征在于：所述钳位电容C2并联有翻转模块；所述翻转模块包括有电感L1、三极管D2以及三极管D3；所述电感L1的一端与钳位电容C2的一端连接；所述电感L1的另一端与三极管D2的集电极连接；所述三极管D2的发射极与三极管D3的发射极连接；所述三极管D3的集电极与钳位电容C2的另一端连接。

6.根据权利要求1或3所述的一种单级隔离功率因数校正电路，其特征在于：所述阻尼模块包括有电阻Rd以及电感Ld；所述电感Ld的一端与功率因数电感Lp的一端连接；所述电感Ld的另一端与电阻Rd的一端连接；所述电阻Rd的另一端与谐振电感Lr的一端连接。

7.根据权利要求1或3所述的一种单级隔离功率因数校正电路，其特征在于：所述输出模块包括有电感L2、电容CL1、电容CL2、电容C2、电阻R1以及由二极管Ds1、二极管Ds2、二极管Ds3、二极管Ds4组成的整流桥；所述变压器T的次级线圈的两个端口分别与整流桥的两个输入端连接；所述整流桥的一个输出端通过电容CL1与整流桥的另一个输出端连接；所述整流桥的一个输出端与电感L2的一端连接；所述电感L2的另一端通过电阻R1与整流桥的另一个输出端连接；所述电感L2的另一端通过电容CL2与整流桥的另一个输出端连接；所述电感L2的一端通过电容C2与电阻R1连接。