一种无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是低输入电流谐波、低压输出、高效率的功率因数校正技术，具体涉及一种无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器。

背景技术：

近年来，电力电子技术迅速发展，作为电力电子领域重要组成部分的电源技术逐渐成为应用和研究的热点。开关电源以其效率高、功率密度高而确立了其在电源领域的主流地位，但在接入不同负载时导致输入电流发生畸变，生成无功功率并产生了大量的电流高次谐波污染电网。提高电网功率因数主要有两种方式，传统的方式为无源功率因数校正，即通过无源元件来进行无功补偿，但限制设备功率密度提高的往往是无源元件，即电容与电感。新型的开关电源技术为有源功率因数校正技术，通过控制开关的通断来强制输入电流跟随输入电压变化的方式来提高功率因数，舍弃了笨重的无源元件，使设备的功率密度进一步提高。

功率因数校正PFC属于AC-DC变换，传统由于隔离变压器原边存在整流桥，而整流桥中的二极管存在导通压降，导致在电流过零时电流变化跟随不上电压变化，形成电流过零畸变，为了消除电流过零畸变需要在控制电路中加入前馈环节，大大增加了控制电路的复杂性。同时，电流流经整流桥中的二极管时产生了一定的损耗，其损耗大小与二极管的通态导通压降与输入平均电流有关。而传统变换器中，加在整流二极管两端的电压应力较大，故可供选择的整流二极管的通态导通压降较大，损耗较大，从而影响了整体效率。

技术实现要素：

鉴于现有技术的以上不足，本发明目的在于提供一种无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器，具有高效简洁、高功率因数、可利用软开关技术的优点。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器，包括：隔离变压器T，双向开关S，副边二极管桥式整流电路，输出电容C_o，以及负载R，其中：

双向开关S由两个串联的开关管Q_a、Q_b组成，其中开关管Q_a，Q_b的源极S与栅极G共用，驱动信号加在两个开关管共用的栅极和源极之间；

主功率电路中的电压源的一端与隔离变压器原边任意一端相连，隔离变压器原边另一端与双向开关S的任意一端相连，双向开关S的另一端与电压源的另一端端相连；

隔离变压器的副边与二极管整流电路相连，二极管整流电路与储能电容Co和负载R并联。

与现有相比，本发明的有益效果是：

1、相对于传统的反激PFC变换器，采用本发明的无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器，与传统反激PFC相比，消除了电流过零畸变的缺陷，同时减小了导通损耗，在功率因数不变的情况下，提高了整体效率。

2、采用本发明的无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器，可以根据对输入电压、输出电压、输出功率、整机效率的要求，合理设计磁性元件的参数，灵活配置无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器的元器件参数。

3、本发明的无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器简洁高效，只需一套控制电路可以实现功率因数校正，成本低，可靠性高。

4、本发明的无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器，原边电流可以双向流动，为利用软开关技术减小开关损耗提供了理论基础。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是说明根据本发明的某些实施例，无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器的结构示意图。

图2是说明本本发明前述实施例的双向开关S的等效示意图。

图3是说明本发明前述实施例工作在电感电流断续模式(DCM)的原副边电流波形示意图。

图4是说明本发明前述实施例在输入电压为110Vac和220Vac，频率为50Hz时工作在电感电流断续模式(DCM)下的输入电流、输入电压与输出电压的波形示意图。

图5是控制电路的一个示例性示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是应为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1所示，本公开提出的一种无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器，包括：隔离变压器T，双向开关S，副边二极管桥式整流电路，输出电容C_o，以及负载R。

结合图2所示，双向开关S由两个串联的开关管Q_a、Q_b组成，其中开关管Q_a，Q_b的源极S与栅极G共用，驱动信号加在两个开关管共用的栅极和源极之间。

主功率电路中的电压源V_in的一端与隔离变压器T的原边任意一端相连，隔离变压器T的原边另一端与双向开关S的任意一端相连，双向开关S的另一端与电压源V_in的另一端端相连。

隔离变压器T的副边与二极管整流电路相连，二极管整流电路与储能电容Co和负载R并联。

如图1所示，控制电路施加到前述双向开关S的两个开关管共用的栅极和源极之间，以及施加到二极管整流电路的一端。如图5表示出了控制电路的一个具体示例。

结合图1所示，设输入电压为v_in＝V_m sin(ωt)，其中V_m为输入电压最大值，输出电压为V_o，变压器原副边匝比满足n＞V_m/V_o。

前述无桥结构的反激功率因数校正PFC变换器在工作时，分为两个阶段：启动阶段和稳定阶段，下面分别对这两个阶段进行说明。

1.启动阶段：

启动时由于储能电容电压为零，在每个开关周期，开关导通时原副边同时导通给电容充电，开关关断时，电容电压保持不变。启动阶段直到储能电容C_o电压达到V_m/n。

2.稳定阶段：

进入稳定模态后，在每个开关周期内，开关导通时，输入电压为v_in＝V_m sin(ωt)，由于折算到变压器副边的电压大小为V_m/n＜V_o，根据基尔霍夫电压定理(KVL)，原边导通时副边不导通，能量储存在变压器中。开关关断后，变压器中的能量转移到副边，为储能电容和负载供电。对比传统的整流桥在隔离变压器原边的反激PFC，原边导通时通过副边反向二极管挡 住电流流通，从而使原边导通时副边不导通。而本发明方案其整流桥在隔离变压器副边，利用基尔霍夫电压定理(KVL)，通过调整变压器匝比n，使得原边导通时副边不导通，而整流桥中二极管电压应力仅为输出电压大小，首先从原理上消除了电流过零畸变的缺陷，其次在选择整流二极管时，可选择通态导通压降较小的二极管，从而提高整体效率。

该反激功率因数校正PFC变换器由电压模式控制或者峰值电流模式控制。

该反激功率因数校正PFC变换器受外部控制电路驱动而工作于下述模式中的一种:电流连续模式(CCM)、电流临界连续模式(CRM)、电流断续模式(DCM)。

图3为本发明实例一工作在电感电流断续模式(DCM)的原副边电流波形。

图4为本发明实施例一在输入电压为110Vac和220Vac，频率为50Hz时,输出电压为100V，输出功率为100W，工作在电感电流断续模式(DCM)下的输入电流、输入电压与输出电压的波形，从图中可以看出，变换器在全电压范围内均能正常稳定地工作，实现了功率因数校正的功能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。