CN2453604Y - 一种单级单开关功率因数校正变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的单级单开关功率因数校正变换器包括整流桥、变压器、开关管、由两个绕组分别和二极管串联而成的支路,该两条支路并联连接,其一端经电感与整流桥的正极相连,另一端与开关管漏极和变压器原边的接点相连,变压器原边的另一端经电容与开关管的源极一起接到整流桥的负极,两个绕组中的其中一个绕组与电感相耦合,另一个绕组与变压器相耦合,变压器的副边输出接负载。它结构简单、成本低、效率高、能保证输入端具有较高的功率因数。

Description

一种单级单开关功率因数校正变换器

本实用新型涉及功率因数校正变换器。

目前的功率因数校正变换器往往在电网输入的交流电经过一个功率因数校正器后接一个直流变换电路以得到不同幅值的直流电，称为两级功率因数校正变换器。这种电路一般使用两个控制器，其一用来控制贮能电容上的电压和输入电流使之成正弦波，另一个用来控制输出电压使之保持恒定。这种功率因数校正变换器由于需要两个开关和两套控制电路，因此成本较高。为了降低两级功率因数校正变换器的成本，近年来，出现了单级单开关功率因数校正变换器。它把具有整流桥和电感的功率因数校正器和具有变压器的直流变换器用一个开关组合在一起，它比两级功率因数校正器节省了一个开关和一个控制器，降低了成本。但由于减少了一套控制系统和一个开关，减少了可完全控制的量，因而它的功率因数校正作用仅介于无源整流器和两级功率因数校正器之间，而且在不少场合变得不实用。

本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、效率高、能保证输入端具有较高功率因数的单级单开关功率因数校正变换器。

本实用新型的单级单开关功率因数校正变换器具有整流桥、变压器、开关管，其特征是还包括由两个绕组分别和二极管串联而成的支路，该两条支路并联连接，其一端经电感与整流桥的正极相连，另一端与开关管漏极和变压器原边的接点相连，变压器原边的另一端经电容与开关管的源极一起接到整流桥的负极，两个绕组中的其中一个绕组与电感相耦合，另一个绕组与变压器相耦合，变压器的副边输出接负载。

通常，可将电感和与该电感相耦合的绕组用一个电感来代替。

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型构成电路实例；

图2是本实用新型工作在输入电压较低时的波形图；

图3是本实用新型工作在输入电压较高时的波形图。

图2及图3中的L1、L2、L3、L、分别为电感L1、绕组L2、L3，变压器原边和变压器副边的电流，VTP为变压器原边的电压。

参照图1，本实用新型的单级单开关功率因数校正变换器包括整流桥Q、变压器T、开关管S、由绕组L2和二极管D1串联的支路及由绕组L3和二极管D2串联的支路，该两条支路并联连接，其一端经电感L1与整流桥的正极相连，另一端与开关管漏极和变压器原边的接点相连，变压器原边的另一端经电容C与开关管的源极一起接到整流桥的负极，图例中，绕组L2与电感L1相耦合，绕组L3与变压器T相耦合，变压器的副边输出到负载。

本实用新型在一个半波输入中有两个不同的工作过程：

当工作在输入电压较低时(参见图2所示波形图)。

t1时间内，开关闭合，由于输入电压较低，绕组L3上的电压正比于电容C电压，它高于电流流过电感L1和绕组L2时，在绕组L2上的电压，因此电流流过电感L1和绕组L2并直线上升，在绕组L3上无电流流过。变压器原边上的电压VTP为电容C上的电压，原边电流线性上升。

t2时间内，开关打开，电感L1和绕组L2上的电流流过变压器原边，进入电容C，电流直线下降直到零。变压器原边电压反向，因此也降低了母线电压，同时，注入变压器原边的电能被直接传送到输出端，提高了电路的效率。

t3时间内，流过电感L1和绕组L2的电流已下降到零。变压器一般工作于电流连续状态，副边继续输出电流。

当工作在输入电压较高时(参见图3所示波形图)。

t1时间内，由于输入电压较高，绕组L3上的电压低于绕组L2上的电压，因此电流流过电感L1和绕组L3。绕组L3上的电压正比于母线电压，可以看作是对母线电压的负反馈，有助于降低母线电压，同时输入绕组L3的电能被直接传送到输出端，提高了电路的效率。

t2时间内，开关打开，由于电感L1上的电压为负值，耦合到绕组L2上后，绕组L3上的电压高于绕组L2上的电压，电流迅速从L3过渡到L2上，但绕组L3上的能量不会传到绕组L2中，因此流过电感L1中的电流将下降，设电感L1和绕组L2耦合在一起后的电感量为L，这电流变为： $\frac{1}{2}L1I_{L1}^2=\frac{1}{2}L{I}^2$ 其中，I_L1为流过电感L1的原来的电流，I为电流变化后流过L1和L2的电流。变换后的电流仍通过变压器原边流向贮能电容C。流过电感L1的电流直线下降直到零。

t3时间内，电路工作状况与输入电压较低时相同。

本实用新型中的与电感L1相耦合的绕组L2也可以用一电感代替。

本实用新型的单级单开关功率因数校正变换器结构简单，成本低，它利用与变压器相耦合的绕组作为电容电压反馈信号，能显著降低电容电压应力并提高效率；利用与输入端的电感相耦合的绕组与电压反馈绕组相并联，可以消除输入电流死区，提高输入端功率因数；贮能电容与变压器原边相串联，进一步降低电容电压应力和提高效率。实验证明，该电路母线应力在输入为220V时仅为310V，输入功率因数可达95％，整体效率可达85％以上。本实用新型可广泛应用于中小功率的各类电气电源和电子镇流器。

Claims (2)

1．一种单级单开关功率因数校正变换器，包括整流桥[Q]、变压器[T]、开关管[S]，其特征是还包括由两个绕组[L2]、[L3]分别和二极管[D1]、[D2]串联而成的支路，该两条支路并联连接，其一端经电感[L1]与整流桥的正极相连，另一端与开关管漏极和变压器原边的接点相连，变压器原边的另一端经电容[C]与开关管的源极一起接到整流桥的负极，两个绕组中的其中一个绕组[L2]与电感[L1]相耦合，另一个绕组[L3]与变压器相耦合，变压器的副边输出接负载。

2．按权利要求1所述的单级单开关功率因数校正变换器，其特征是与电感[L1]相耦合的绕组[L2]用一个电感代替。

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