专利名称：可升降电流型ac-ac变换器的制作方法
技术领域：
可升降电流型AC-AC变换器技术领域该实用新型涉及一种可升降电流型AC-AC变换器，具体地涉及一种可在两级电路里实 现功率因数校正、功率控制和低频逆变的电流型变换器。背彔技术传统的低频方波电子镇流器具有三级的电路结构，包括功率因数校正级、功率控制级和 逆变级。虽然技术比较成熟，但存在电路结构复杂、成本高、效率低等缺点。发明内容本实用新型的目的是提供一种可升降电流型AC-AC变换器,该变换器可以在两级的电路 中实现功率因数校正、功率控制和低频逆变三种功能，以取代传统的三级电路结构。本实用新型是这样构成的包括AC-DC整流电路、DC-DC变换器和DC-AC逆变器；交流 电压源连接到AC-DC整流电路的输入端，AC-DC整流电路的输出连接DC-DC变换器，DC-DC变 换器输出端与DC-AC变换器相连；所述的DC-DC变换器是由BOOST升压变换器和BUCK降压变 换器组成，其中BOOST变换器由储能电感L,、开关管S,、续流二极管D2和储能电容d组成； BUCK变换器由开关管S,、续流二极管D2、滤波电感L2和滤波电容C2组成；AC-DC整流电路的 正端输出通过储能电感L,连接到续流二极管D2正极，续流二极管D2的负极连接到储能电容d 的一端，储能电容d的另外一端连接到AC-DC整流电路的负端；在储能电感L,和续流二极管 D2正极的连接点与AC-DC整流电路的负端之间连接一个开关管S1;续流二极管02的负极又通 过一个滤波电感L2连接到滤波电容C2的一端，滤波电容C2的另 一端连接到续流二极管D2正极, 滤波电容C2的两端还并接有由开关管S2、 S3、 S4、 Ss构成的全桥DC-AC逆变器，逆变器接有一 个负载R。本实用新型利用开关集成原理，在DC-DC变换器中集成了 BOOST变换器和BUCK变换器的 功能，由于输入电感L的存在，降低了电磁干扰，减小EMI滤波器的体积；输出电感U的存 在，提供限流输出，可用在电子镇流器中实现功率因数校正和输出功率控制，输出方波的电 流信号，简化电子镇流器的电路拓扑，减少电路的元器件数目和驱动，提高整体效率。
图l是本发明的电路图。 图2是DC-DC变换器电路图。图3是DC-DC变换器在一个开关周期内t。 t,时刻工作模式示意图。图4是DC-DC变换器主要波形图。 图5是输入电压电流波形图。
具体实施方式
本实用新型包括AC-DC整流电路、DC-DC变换器和DC-AC逆变器。交流电压源连接到AC-DC 整流电路的输入端，AC-DC整流电路的输出连接DC-DC开关变换器，DC-DC变换器输出端与 DC-AC变换器相连；所述的DC-DC变换器是由BOOST升压变换器和BUCK降压变换器组成，其 中BOOST变换器由储能电感L、开关管S^续流二极管D2和储能电容d组成；BUCK变换器由 开关管Sh续流二极管D2、滤波电感L2和滤波电容C2组成；AC-DC整流电路的正端输出通过 储能电感L,连接到续流二极管D2正极，续流二极管D2的负极连接到储能电容C,的一端，储能 电容C,的另外一端连接到AC-DC整流电路的负端；在储能电感L和续流二极管D2正极的连接 点与AC-DC整流电路的负端之间连接一个开关管S,;续流二极管D2的负极又通过一个滤波电 感U连接到滤波电容C2的一端，滤波电容C,的另一端连接到续流二极管D2正极，滤波电容 C2的两端还并接有由开关管S2、 S3、 S4、 S,构成的全桥DC-AC逆变器，逆变器接有一个负载R。上述BOOST变换器的电感电流在稳态时工作模式为恒占空比断续模式，以获得高功率因 数；BUCK变换器工作模式为恒占空比断续模式，以降低储能电容d的电压应力。所述的DC-AC逆变器是低频全桥开关变换器。上述的DC-DC变换器，如图2所示，它的工作原理是这样的电路在一个开关周期内分 为以下4个工作状态，如图3。模式(a):在f。 t,时刻，开关管51导通，K通过A， S对电感A线性充电，电感厶两 端的电压电感电流力,线性上升；储能电容G通过开关管51、 G靴，对电感厶线性充 电，电感"两端的电压& = 电感电流厶2线性上升。到G时，开关管5;关断，电路进入模式(W。模式(6):在G &时刻，开关管S关断，电感电流厶,通过K， A，厶，A， G续流，电 感厶两端的电压&=^ —KC1，电感电流iu线性下降；电感电流厶2通过厶，A续流，电感厶两端的电压K2=-&，电感电流^线性下降。当电感电流iu下降到零时，电路进入模式(c)。模式(C):在t2 &时刻，开关管51继续保持关断，电感电流^由于二极管A的反向偏置，继续保持为零。电感电流人2在负电压^的作用下，继续线性下降。当电感电流厶2下降到零时，电路进入模式(oO。模式(力在t3 t4时刻，开关管5i继续保持关断，电感电流A、 ^继续保持零电流状态。单独由电容G给负载供电，直到一个开关周期结束。 当模式(力结束后，电路又进入模式(a)，如此反复工作。在一个开关周期内，该DC-DC变换器的主要波形如图4所示。本实用新型中所述的整流电路与DC-DC开关变换器一起实现功率因数校正和功率控制功 能；全桥逆变器把直流电变为低频方波供负载使用。为了实现功率因数校正的目的，BOOST变换器电感U在稳态时工作在恒占空比的断续模 式(DCM)，图5为输入电压电流波形。对恒功率输出的应用场合，在半个工频周期内，由于输入功率是瞬变的，其与输出功率 之差需要用储能电容来暂存(如图4中的d)。当BUCK变换器的电感L2工作在连续模式(CCM)时，储能电容d的电压会随着输入电压 和负载的变化而变化。在宽输入范围内，轻载时储能电容C,的电压甚至会达到上千伏，即F =及A2 psin2(wr) &为了解决储能电容电压应力过高的问题，BUCK变换器的电感L2需工作在断续模式(DCM)， 此时储能电容G电压为F(/^2+4￡2,+#/)4+8丄2/ )乙2 psin2(w0 ^ DC-DC开关变换器的输出电压为1+ |1 + ~^ V及,2可见，当保持及2^恒定时，储能电容上的电压就会保持恒定。同时输出电压也保持恒定。由此可见，当BOOST变换器和BUCK变换器电感L,、 U均工作在DCM状态下，可以保持储 能电容电压和输出电压的恒定。
权利要求1、一种可升降电流型AC-AC变换器，其特征在于包括AC-DC整流电路、DC-DC变换器和DC-AC逆变器；交流电压源连接到AC-DC整流电路的输入端，AC-DC整流电路的输出连接DC-DC变换器，DC-DC变换器输出端与DC-AC变换器相连；所述的DC-DC变换器是由BOOST升压变换器和BUCK降压变换器组成，其中BOOST变换器由储能电感L1、开关管S1、续流二极管D2和储能电容C1组成；BUCK变换器由开关管S1、续流二极管D2、滤波电感L2和滤波电容C2组成；AC-DC整流电路的正端输出通过储能电感L1连接到续流二极管D2正极，续流二极管D2的负极连接到储能电容C1的一端，储能电容C1的另外一端连接到AC-DC整流电路的负端；在储能电感L1和续流二极管D2正极的连接点与AC-DC整流电路的负端之间连接一个开关管S1；续流二极管D2的负极又通过一个滤波电感L2连接到滤波电容C2的一端，滤波电容C2的另一端连接到续流二极管D2正极，滤波电容C2的两端还并接有由开关管S2、S3、S4、S5构成的全桥DC-AC逆变器，逆变器接有一个负载R。
2、 根据权利要求书1所述的可升降电流型AC-AC变换器，其特征在于其中的BOOST 变换器的电感电流在稳态时工作模式为恒占空比断续模式，以获得高功率因数；BUCK变换器 工作模式为恒占空比断续模式，以降低储能电容G的电压应力。
3、 根据权利要求书1所述的可升降电流型AC-AC变换器，其特征在于所述的DC-AC 逆变器是低频全桥开关变换器。
专利摘要本实用新型涉及一种可升降电流型AC-AC变换器，其特征在于包括AC-DC整流电路、DC-DC变换器和DC-AC逆变器。DC-DC变换器的输入输出电感均工作在断续模式(DCM)，以获得高功率因数并降低储能电容的电压应力。该电流型AC-AC变换器可以在两级电路里实现功率因数校正、功率控制和低频逆变三种功能。减少了元器件，降低了成本，简化了电路，提高了效率。
文档编号H02M5/458GK201018418SQ20072000625
公开日2008年2月6日 申请日期2007年2月2日 优先权日2007年2月2日
发明者林国庆, 林清华 申请人:福州大学