一种功率因数校正电路的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子学领域，更具体地说，涉及一种功率因数校正电路。


背景技术：

2.随着对电源性能要求的提高，对功率因数校正电路(pfc电路)也逐渐重视。对于功率因数校正电路来说，较低的总谐波失真量(thd)和较高的转换效率是其重要的指标。图腾柱pfc是其中一种，对于图腾柱pfc来讲，由于省略了整流二极管，电能传输过程中经过的器件较少，所以其传输损耗较低。但是，传统的图腾柱pfc中使用二极管作为储能电感的放电回路的一部分，对输出电容充电，这个续流二极管的导通损耗较大；而通常的场效应管因为反向恢复时间较长，不能用于替代上述续流二极管；与此同时，由于省略了整流器件，使得其输出波形上带有工频尖刺，使得thd较高，而且在后级电路中基本上无法处理(也可以以减小功率密度和降低使用寿命的代价消除上述工频尖刺)。因此，现有技术中的图腾柱pfc的导通损耗较大、难于处理工频尖刺较大。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述导通损耗较大、难于处理工频尖刺较大的缺陷，提供一种导通损耗较小、难于处理工频尖刺较小的一种功率因数校正电路。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种功率因数校正电路，包括低频开关桥臂、高频开关桥臂、储能电感和输出电容；所述低频开关桥臂和所述高频开关桥臂均包括两端和中点；所述低频开关桥臂、所述高频开关桥臂和所述输出电容的两端并接；交流输入电压的一端通过所述储能电感接入到所述高频开关桥臂的中点，交流输入电压的另一端直接连接在所述低频桥臂的中点；所述低频桥臂的两端随所述交流输入电压的正负半周的变换而轮流与所述低频桥臂的中点连通；所述高频开关桥臂由碳化硅器件或gan器件串联形成，与所述低频开关桥臂配合，在所述低频开关桥臂的两端中的任意一端与所述低频开关桥臂的中点导通时，为所述储能电感的充放电提供电流通道。
5.更进一步地，所述低频开关桥臂包括分别由不同的驱动信号控制其导通和截止的第一场效应管和第二场效应管；所述第一场效应管的源极和第二场效应管的漏极连接，连接点为所述低频开关桥臂的中点，所述第一场效应管的漏极连接在所述低频开关桥臂的一端，所述第二场效应管的漏极连接在所述低频开关桥臂的另一端。
6.更进一步地，所述第一场效应管和第二场效应管的漏极和栅极之间连接有控制所述第一场效应管和第二场效应管的开通速率的启动电容。
7.更进一步地，所述第一场效应管和第二场效应管的栅极上还串接有启动电阻，所述启动电阻与所述启动电容配合实现将所述第一场效应管和第二场效应管的启动时间控制在100微秒内。
8.更进一步地，所述高频开关桥臂包括分别由不同的驱动信号控制其导通和截止的
第三场效应管和第四场效应管；所述第三场效应管的源极和第四场效应管的漏极连接，连接点为所述高频开关桥臂的中点，所述第三场效应管的漏极连接在所述高频开关桥臂的一端，所述第四场效应管的漏极连接在所述高频开关桥臂的另一端。
9.更进一步地，还包括控制单元，所述控制单元依据当前的交流输入电压的状态和输出电压状态，输出各场效应管的驱动信号使得各场效应管按照设定的顺序导通或截止。
10.更进一步地，在所述交流输入电压的正半周，所述第一场效应管截止，第二场效应管导通；在所述交流输入电压的负半周，所述第一场效应管导通，第二场效应管截止。
11.更进一步地，所述第一场效应管的导通期间和第二场效应管的导通期间之间设置有用于防止二者同时导通的死区。
12.更进一步地，在所述第一场效应管的导通期间和第二场效应管的导通期间，所述第三场效应管和第四场效应管在各自的驱动信号作用下，多次轮流导通，为所述储能电感充电或为所述储能电感向所述输出电容放电提供电流通道。
13.实施本实用新型的一种功率因数校正电路，具有以下有益效果：由于使用了高频开关桥臂，使用场效应管替代传统的二极管，使得其导通时电流流过的损耗较小；同时，在低频开关桥臂上使用软启动，并降低低频开关管在过零切换的速度，使得低频开关在切换时的工频尖刺得到有效的抑制，从而使得整个功率因数校正电路的输出电压上的工频尖刺消失或减少到能够接受的数量。因此，其导通损耗较小、难于处理工频尖刺较小。
附图说明
14.图1是本实用新型一种功率因数校正电路实施例中该电路的电路图；
15.图2是所述实施例低频开关臂上的低频开关管的驱动波形示意图；
16.图3是所述实施例中高频开关臂的驱动波形示意图。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。
18.如图1所示，在本实用新型的一种功率因数校正电路实施例中，该电路包括低频开关桥臂(图1中右边虚线框内部分)、高频开关桥臂(图1中左边虚线框内部分)、储能电感l和输出电容co；所述低频开关桥臂和所述高频开关桥臂均包括两端和中点；所述低频开关桥臂、所述高频开关桥臂和所述输出电容的两端并接，并接后的端点也是输出电压的两个端点，即图1中的v0+和vo
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两端点；交流输入电压vin的一端通过所述储能电感l接入到所述高频开关桥臂的中点，交流输入电压vin的另一端直接连接在所述低频开关桥臂的中点；所述低频开关桥臂的两端随所述交流输入电压的正负半周的变换，经过该桥臂上开关器件的软启动导通而轮流与所述低频开关桥臂的中点连通；所述高频开关桥臂由碳化硅器件或gan器件串联形成，在所述低频开关桥臂的两端中的任意一端与所述低频开关桥臂的中点导通时，为所述储能电感l的充放电提供电流通道。也就是说，在本实施例中，使用了碳化硅器件或gan器件替代了钳位或限流二极管，防止输出电容co上的电流向储能电感l流动，但是当上述高频开关桥臂上的一个器件导通时，又能够提供上述储能电感l向输出电容co充电的路径，而且不存在导通压降，减少了导通时的损耗；与此同时，上述低频开关桥臂上开关器件的软启动导通而轮流与所述低频开关桥臂的中点连通，提供了在输入电压的正、负半周
的电感充放电和电流充放电的通道，并使得上述低频开关桥臂的中点的电压的转换过程受到控制，一定程度上变慢，从而使得其中点的电平在开关器件切换时较为稳定。这样就的结构就使得其工频尖刺较小。
19.在本实施例中，如图1所示，所述低频开关桥臂包括分别由不同的驱动信号控制其导通和截止的第一场效应管q1和第二场效应管q2；所述第一场效应管q1的极和第二场效应管q2的漏极连接，连接点为所述低频开关桥臂的中点，所述第一场效应管q1的漏极连接在所述低频开关桥臂的一端，所述第二场效应管q2的漏极连接在所述低频开关桥臂的另一端。即第一场效应管q1的漏极和第二场效应管q2的源极分别为上述低频开关桥臂的两个端点。所述第一场效应管q1和第二场效应管q2的漏极和栅极之间连接有控制所述第一场效应管q1和第二场效应管q2的开通速率的启动电容(请参见图1中的c1和c2)。也就是说，在本实施例中，通过设置在上述第一场效应管q1和第二场效应管q2的源漏极之间的电容，使得上述低频开关桥臂上的两个场效应管的开通和关断速度受到一定的控制或延迟，由于上述低频开关桥臂采用软启动，两个场效应管在输入电压过零时进行切换，此时，输入电流较小，这使得上述电容的设置成为可能，启动电容的设置带来的切换延迟而导致的损耗因为电流较小而变得能够接受，同时，在上述场效应管的状态转换完成后，由于电容的充放电过程，对于导通后或截止后的低频开关桥臂上的第一场效应管q1和第二场效应管q2并不存在影响。
20.在本实施例中，为了实现对上述第一场效应管q1和第二场效应管q2的导通时间或导通速度，如图1所示，在所述第一场效应管q1和第二场效应管q2的栅极上还串接有启动电阻(r1，r2)，所述启动电阻与所述启动电容配合实现将所述第一场效应管q1和第二场效应管q2的启动时间控制在100微秒内。实验证明，这个启动时间和本实施例中的其他措施配合，能够有效地减少上述功率因数校正电路的输出电压中的工频尖刺，进而使得整个电路的总谐波失真量得到改善。换句话说，在本实施例中，通过对低频开关桥臂中开关器件的导通时间的增加，虽然在一定程度上增加了导通损耗，但是这种增加在可以接受的范围内，且能够控制；与此同时，这种可以接受的损耗换来了输出波形上工频尖刺的减少和谐波失真的减少，即通过可控制地牺牲可以接受的性能，为后续的处理提供了一个基础，这在一定程度上给出了一个新的技术方向。
21.在本实施例中，所述第一场效应管q1的导通期间和第二场效应管q2的导通期间之间设置有用于防止二者同时导通的死区。由于上述导通或延迟时间的存在，上述导通或延迟时间均不能大于上述死区时间，或者说在本实施例中，上述死区时间和上述导通延迟时间以交流输入电压的过零点对称，请参见图2。
22.在本实施例中，如图1所示，所述高频开关桥臂包括分别由不同的驱动信号控制其导通和截止的第三场效应管q3和第四场效应管q4；所述第三场效应管q3的源极和第四场效应管q4的漏极连接，连接点为所述高频开关桥臂的中点，所述第三场效应管q3的漏极连接在所述高频开关桥臂的一端，所述第四场效应管q4的漏极连接在所述高频开关桥臂的另一端。即第三场效应管3的漏极和第四场效应管q4的源极分别为上述高频开关桥臂的两个端点。如前所述，这两个端点分别和上述低频开关桥臂的两个端点以及输出电容co的两端并接在一起。
23.此外，在本实施例中，该功率因数校正电路还包括控制单元(图中未示出)，所述控
制单元依据当前的交流输入电压的状态和输出电压状态，输出上述各场效应管的驱动信号使得各场效应管按照设定的顺序导通或截止。如图2所示，在所述交流输入电压的正半周，所述第一场效应管q1截止，第二场效应管q2导通；在所述交流输入电压的负半周，所述第一场效应管q1导通，第二场效应管q2截止。
24.与此同时，在所述第一场效应管q1的导通期间和第二场效应管q2的导通期间，所述第三场效应管q3和第四场效应管q4在各自的驱动信号作用下，多次轮流导通，为所述储能电感充电或为所述储能电感向所述输出电容放电提供电流通道。图3示出了第一场效应管q1导通的情况下，第三场效应管q3和第四场效应管q4的驱动信号的具体情况，也就是第三场效应管q3和第四场效应管q4的轮流导通的情况；而在第二场效应管q2导通的情况下，第三场效应管q3和第四场效应管q4的轮流导通的情况和图3中是相似的。在本实施例中，图1
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图3中的vgs1
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vgs4分别表示由上述控制单元产生的第一场效应管到第四场效应管的驱动信号。
25.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。