专利名称：一种低电压应力的无桥宽输出电压功率因素校正电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低电压应力的可升压也可降压的宽输出电压无桥功率因素校正 电路。
背景技术：
现有的无桥PFC电路的输出电压基本只可实现升压而不可降压，因此无法满足宽 输出电压的应用场合。近年来虽有人提出可升降压的无桥PFC电路如CUK，SEPIC等电路， 该开关管电压应力为输入电压和输出电压之和，开关管电压应力较大，电路成本较高。同时 由于电路结构的问题，在大功率场合应用还需要解决元器件等问题。
发明内容
鉴于上述技术的不足，本发明提出了 一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，该 电路装置省略了输入整流桥，降低了导通损耗，能够实现输出电压可升可降的宽输出电压， 并降低开关管的电压应力，降低开关损耗和器件使用等级，从而提高高功率因数整流变换 器的转换效率。本发明采用以下方案实现一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，包括交流输 入源Vin，功率开关管Si，功率开关管S2，功率开关管S3，功率开关管S4,功率开关管S5，功 率开关管S6，二极管D1，二极管D2，电感Li，储能电容Cl和等效负载电阻，其特征在于所 述的交流电源Vin —端接Sl的发射极和S2的集电极的公共端，同时接S5的源极，S5的漏 极接S6的漏极，电源另一端接功率开关管S3的发射极和S4集电极的公共端以及电感Ll 的一端，Ll的另一端接二极管Dl阳极和D2阴极的公共端以及S6的源极，Si、S3的集电极 以及Dl的阴极共同接储能电容Cl的正极，S2、S4发射极以及D2的阳极共同接储能电容Cl 的负极，等效负载Rl并联在Cl两端，Si、S2、S3、S4的栅射极，S5、S6的栅源极接各自的控 制驱动信号，上述交流输入源Vin，功率开关管Si，功率开关管S2，功率开关管S5，功率开关 管S6，二极管D1，二极管D2，电感Li，储能电容Cl和等效负载电阻构成了无桥BOOST电路； 交流输入源Vin，功率开关管Si，功率开关管S2，功率开关管S3，功率开关管S4, 二极管D1， 二极管D2，电感Li，储能电容Cl和等效负载电阻构成了无桥BUCK电路。本发明的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路中，六个功率开关管高频工作， 通过选择这六个功率开关管的通断，当输入电压低于输出电压时，电路等效为无桥BOOST 电路，当输入电压高于输出电压时，电路等效为无桥BUCK电路。以下为电路的九种工作模式
电路第一种工作模式输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路。交流 输入源Vin左正右负，功率开关管S5和功率开关管S6导通，其余功率开关管和二极管关 断。交流输入源Vin通过功率开关管S5和功率开关管S6给电感Ll充电，储能电容Cl给 等效负载电阻提供能量。电路的第二种工作模式输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路。交流输入源Vin左正右负，功率开关管Sl和二极管D2导通，其余功率开关管和二极管关断。 交流输入源Vin和电感Ll上储存的能量通过功率开关管Sl和二极管D2传递给储能电容 Cl和等效负载电阻。电路的第三种工作模式输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路。交 流输入源Vin左负右正，功率开关管S5和功率开关管S6导通，其余功率开关管和二极管关 断。交流输入源Vin通过功率开关管S5和功率开关管S6给电感Ll充电，储能电容Cl给 等效负载电阻提供能量。电路的第四种工作模式输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路。交 流输入源Vin左负右正，功率开关管S2和二极管Dl导通，其余功率开关管和二极管关断。 交流输入源Vin和电感Ll上储存的能量通过功率开关管S2和二极管Dl传递给储能电容 Cl和等效负载电阻。电路的第五种工作模式输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路。交 流输入源Vin左正右负，功率开关管Sl和二极管D2导通，其余功率开关管和二极管关断。 交流输入源Vin通过功率开关管Sl和二极管D2给电感Ll充电，并将能量传递给储能电容 Cl和等效负载电阻。电路的第六种工作模式输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路。交 流输入源Vin左正右负，功率开关管S3和二极管D2导通，其余功率开关管和二极管关断。 储存在电感Ll上的能量通过功率开关管S3和二极管D2传递给储能电容Cl和等效负载电 阻。电路的第七种工作模式输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路。交 流输入源Vin左负右正，功率开关管S2和二极管Dl导通，其余功率开关管和二极管关断。 交流输入源Vin通过功率开关管S2和二极管Dl给电感Ll充电，并将能量传递给储能电容 Cl和等效负载电阻。电路的第八种工作模式输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路。交 流输入源Vin左负右正，功率开关管S4和二极管Dl导通，其余功率开关管和二极管关断。 储存在电感Ll上的能量通过功率开关管S4和二极管Dl传递给储能电容Cl和等效负载电 阻。电路的第九种工作模式输入电压小于输出电压或大于输出电压，交流输入源 Vin左正右负或左负右正，所有功率开关管和二极管均关断。电感Ll储存的能量已完全释 放，电感Ll的电流断续，储能电容Cl给等效负载电阻提供能量。本发明的主要优点是
1、省略了输入整流桥，降低了导通损耗。2、通过选择功率开关管使电路工作在无桥BOOST电路或工作在无桥BUCK电路，实 现了输出电压可以大于输入电压也可小于输入电压的功能。3、功率开关管的电压应力较小，可以减少开关损耗和器件使用等级，节约了成本。
图1是本发明的具体实现电路图。图2是本发明的第一种工作模式图。
图3是本发明的第二种工作模式图。图4是本发明的第三种工作模式图。图5是本发明的第四种工作模式图。图6是本发明的第五种工作模式图。图7是本发明的第六种工作模式图。图8是本发明的第七种工作模式图。图9是本发明的第八种工作模式图。图10是本发明的第九种工作模式图。
具体实施例方式参照附图1，本发明提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，包括交流输入 源Vin，功率开关管Si，功率开关管S2，功率开关管S3，功率开关管S4,功率开关管S5，功率 开关管S6，二极管D1，二极管D2，电感Li，储能电容Cl和等效负载电阻。其特征在于所述 的交流电源Vin —端接Sl的发射极和S2的集电极的公共端，同时接S5的源极，S5的漏极 接S6的漏极，电源另一端接功率开关管S3的发射极和S4集电极的公共端以及电感Ll的 一端，Ll的另一端接二极管Dl阳极和D2阴极的公共端以及S6的源极，Si、S3的集电极以 及Dl的阴极共同接储能电容Cl的正极，S2、S4发射极以及D2的阳极共同接储能电容Cl 的负极，等效负载电阻并联在Cl两端，S1、S2、S3、S4的栅射极，S5、S6的栅源极接各自的控 制驱动信号。图1中的交流输入源Vin，功率开关管Si，功率开关管S2，功率开关管S5，功率开 关管S6，二极管D1，二极管D2，电感Li，储能电容Cl和等效负载电阻构成了无桥BOOST电 路；交流输入源Vin，功率开关管Si，功率开关管S2，功率开关管S3，功率开关管S4, 二极管 D1，二极管D2，电感Li，储能电容Cl和等效负载电阻构成了无桥BUCK电路。六个功率开关 管高频工作，通过选择这六个功率开关管的通断，当输入电压低于输出电压时，本发明提出 的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路等效为无桥BOOST电路，当输入电压高于输出电 压时，本发明提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路等效为无桥BUCK电路。本发明 提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路的九种工作模式如附图2，附图3，附图4，附 图5，附图6，附图7，附图8，附图9和附图10所示。图中实线部分为各模式中实际工作的 电路回路，虚线部分为各模式中未参与工作的电路部分。参照附图2，本发明中提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路的第一种工 作模式图。在这种工作模式下，输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路。交流 输入源Vin左正右负，功率开关管S5和功率开关管S6导通，其余功率开关管和二极管关 断。交流输入源Vin通过功率开关管S5和功率开关管S6给电感Ll充电，储能电容Cl给 等效负载电阻提供能量，即无桥BOOST电路电感Ll充电状态。参照附图3，本发明中提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路的第二种工 作模式图。在这种工作模式下，输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路。交流 输入源Vin左正右负，功率开关管Sl和二极管D2导通，其余功率开关管和二极管关断。交 流输入源Vin和电感Ll上储存的能量通过功率开关管Sl和二极管D2传递给储能电容Cl 和等效负载Rl，即无桥BOOST电路的电感Ll的电流续流状态。
参照附图4，本发明中提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路的第三种工 作模式图。在这种工作模式下，输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路。交流 输入源Vin左负右正，功率开关管S5和功率开关管S6导通，其余功率开关管和二极管关 断。交流输入源Vin通过功率开关管S5和功率开关管S6给电感Ll充电，储能电容Cl给 等效负载电阻提供能量，即无桥BOOST电路电感Ll充电状态。参照附图5，本发明中提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路的第四种工 作模式图。在这种工作模式下，输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路。交流 输入源Vin左负右正，功率开关管S2和二极管Dl导通，其余功率开关管和二极管关断。交 流输入源Vin和电感Ll上储存的能量通过功率开关管S2和二极管Dl传递给储能电容Cl 和等效负载电阻，即无桥BOOST电路的电感Ll的电流续流状态。参照附图6，本发明中提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路的第五种工 作模式图。在这种工作模式下，输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路。交流 输入源Vin左正右负，功率开关管Sl和二极管D2导通，其余功率开关管和二极管关断。交 流输入源Vin通过功率开关管Sl和二极管D2给电感Ll充电，并将能量传递给储能电容Cl 和等效负载电阻，即无桥BUCK电路电感Ll充电状态。参照附图7，本发明中提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路的第六种工 作模式图。在这种工作模式下，输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路。交流输 入源Vin左正右负，功率开关管S3和二极管D2导通，其余功率开关管和二极管关断。储存 在电感Ll上的能量通过功率开关管S3和二极管D2传递给储能电容Cl和等效负载电阻， 即无桥BUCK电路的电感Ll的电流续流状态。参照附图8，本发明中提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路的第七种工 作模式图。在这种工作模式下，输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路。交流 输入源Vin左负右正，功率开关管S2和二极管Dl导通，其余功率开关管和二极管关断。交 流输入源Vin通过功率开关管S2和二极管Dl给电感Ll充电，并将能量传递给储能电容Cl 和等效负载电阻，即无桥BUCK电路电感Ll充电状态。参照附图9，本发明中提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路的第八种工 作模式图。在这种工作模式下，输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路。交流输 入源Vin左负右正，功率开关管S4和二极管Dl导通，其余功率开关管和二极管关断。储存 在电感Ll上的能量通过功率开关管S4和二极管Dl传递给储能电容Cl和等效负载电阻， 即无桥BUCK电路的电感Ll的电流续流状态。参照附图10，本发明中提出的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路的第九种工 作模式图。在这种工作模式下，输入电压可以小于输出电压也可以大于输出电压，交流输入 源Vin可以左正右负也可以交流输入源Vin左负右正，所有功率开关管和二极管均关断。电 感Ll上储存的能量已经完全释放，电感Ll上的电流断续，储能电容Cl给等效负载Rl提供 能量，即无桥BOOST电路或无桥BUCK电路电感Ll电流断续状态。以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作 用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。参考文献
1、Prasad N. En ’ eti, etal, A HIGH PERFORMANCE SINGLE PHASE AC TO DCRECTIFIER WITH INPUT POWER FACTOR CORRECTION, IEEE PESC 1993, pp. 190-195
2、Ahmad J. Sabzali, etal, A New Bridgeless PFC Sepic and Cuk Rectifiers with Low Conduction and Switching Losses, IEEE PEDS2009, pp. 550-556
3、LaszloHuber, Etal, Performance Evaluation of Bridgeless PFC Boost Rectifiers, IEEE APEC2007 pp. 165-171。
权利要求
1.一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，包括交流输入源Vin，功率开关管Si，功率 开关管S2，功率开关管S3，功率开关管S4,功率开关管S5，功率开关管S6，二极管D1，二极 管D2，电感Li，储能电容Cl和等效负载电阻，其特征在于所述的交流电源Vin —端接Sl 的发射极和S2的集电极的公共端，同时接S5的源极，S5的漏极接S6的漏极，电源另一端 接功率开关管S3的发射极和S4集电极的公共端以及电感Ll的一端，Ll的另一端接二极 管Dl阳极和D2阴极的公共端以及S6的源极，Si、S3的集电极以及Dl的阴极共同接储能 电容Cl的正极，S2、S4发射极以及D2的阳极共同接储能电容Cl的负极，等效负载电阻并 联在Cl两端，S1、S2、S3、S4的栅射极，S5、S6的栅源极接各自的控制驱动信号，上述交流输 入源Vin，功率开关管Si，功率开关管S2，功率开关管S5，功率开关管S6，二极管D1，二极管 D2，电感Li，储能电容Cl和等效负载Rl构成了无桥BOOST电路；交流输入源Vin，功率开关 管Si,功率开关管S2，功率开关管S3，功率开关管S4, 二极管Dl，二极管D2，电感Ll，储能电 容Cl和等效负载电阻构成了无桥BUCK电路。
2.根据权利要求1所述的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于六个 功率开关管高频工作，通过选择这六个功率开关管的通断，当输入电压低于输出电压时，电 路等效为无桥BOOST电路，当输入电压高于输出电压时，电路等效为无桥BUCK电路。
3.如权利要求2所述的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于电路的 第一种工作模式输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路；交流输入源Vin左 正右负，功率开关管S5和功率开关管S6导通，其余功率开关管和二极管关断；交流输入源 Vin通过功率开关管S5和功率开关管S6给电感Ll充电，储能电容Cl给等效负载电阻提供 能量°
4.如权利要求2所述的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于电路的第 二种工作模式输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路；交流输入源Vin左正 右负，功率开关管Sl和二极管D2导通，其余功率开关管和二极管关断；交流输入源Vin和 电感Ll上储存的能量通过功率开关管Sl和二极管D2传递给储能电容Cl和等效负载电阻。
5.如权利要求2所述的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于电路的 第三种工作模式输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路；交流输入源Vin左 负右正，功率开关管S5和功率开关管S6导通，其余功率开关管和二极管关断；交流输入源 Vin通过功率开关管S5和功率开关管S6给电感Ll充电，储能电容Cl给等效负载电阻提供 能量°
6.如权利要求2所述的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于电路的第 四种工作模式输入电压小于输出电压，电路等效为无桥BOOST电路；交流输入源Vin左负 右正，功率开关管S2和二极管Dl导通，其余功率开关管和二极管关断；交流输入源Vin和 电感Ll上储存的能量通过功率开关管S2和二极管Dl传递给储能电容Cl和等效负载电阻。
7.如权利要求2所述的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于电路的第 五种工作模式输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路；交流输入源Vin左正 右负，功率开关管Sl和二极管D2导通，其余功率开关管和二极管关断；交流输入源Vin通 过功率开关管Sl和二极管D2给电感Ll充电，并将能量传递给储能电容Cl和等效负载电 阻。
8.如权利要求2所述的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于电路的第 2六种工作模式输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路；交流输入源Vin左正 右负，功率开关管S3和二极管D2导通，其余功率开关管和二极管关断；储存在电感Ll上的 能量通过功率开关管S3和二极管D2传递给储能电容Cl和等效负载电阻。
9.如权利要求2所述的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于电路的第 七种工作模式输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路；交流输入源Vin左负 右正，功率开关管S2和二极管Dl导通，其余功率开关管和二极管关断；交流输入源Vin通 过功率开关管S2和二极管Dl给电感Ll充电，并将能量传递给储能电容Cl和等效负载电 阻。
10.如权利要求2所述的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于电路的第 八种工作模式输入电压大于输出电压，电路等效为无桥BUCK电路；交流输入源Vin左负 右正，功率开关管S4和二极管Dl导通，其余功率开关管和二极管关断；储存在电感Ll上的 能量通过功率开关管S4和二极管Dl传递给储能电容Cl和等效负载电阻。
11.如权利要求2所述的一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于电路的第 九种工作模式输入电压小于输出电压或大于输出电压，交流输入源Vin左正右负或左负 右正，所有功率开关管和二极管均关断；电感Ll储存的能量已完全释放，电感Ll的电流断 续，储能电容Cl给等效负载电阻提供能量。
全文摘要
本发明涉及一种低电压应力的无桥升降压PFC电路，其特征在于所述的交流输入电源Vin一端接开关管S1的发射极与开关管S2的集电极的公共端和开关管S5的源极，S5的漏极接开关管S6的漏极，电源另一端接开关管S3的发射极和开关管S4集电极的公共端以及电感L1的一端，L1的另一端接二极管D1阳极和D2阴极的公共端以及开关管S6的源极，开关管S1、S3的集电极以及D1的阴极共同接电容C1的正极，开关管S2、S4发射极以及D2的阳极共同接C1的负极，等效负载电阻并联在C1两端，S1、S2、S3、S4的栅射极，S5、S6的栅源极接各自的控制驱动信号，上述Vin，S1、S2，S5、S6，D1、D2，L1，C1和R1构成了无桥BOOST电路；Vin，S1、S2、S3、S4，D1、D2，L1，C1和R1构成了无桥BUCK电路。本发明集成了输入整流和功率因数校正变换器电路，能够实现可升可降的宽电压输出。
文档编号H02M1/42GK102130576SQ20101060718
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者林慧聪, 林维明 申请人:福州大学