专利名称：一种单级半桥ac-dc变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及AC-DC变换器技术领域，具体涉及一种单级半桥AC-DC变换器。
背景技术：
目前广泛应用的AC-DC变换器往往是由一级功率因数校正环节和一级带隔离变压器的DC-DC变换器环节组合而成的两级变换器，如图1所示基于半桥变换器的两级AC-DC变换器。在这种AC-DC变换器中，功率因数校正环节通过特定的控制策略使得输入电流正弦化，提高功率因数，减少谐波含量，同时控制电路还对输出电压进行反馈，通过占空比对输出电压进行初调。DC-DC变换器环节对功率因数校正环节输出电压进行细调。双级AC-DC变换器可以获得良好的电气性能，如高功率因数、良好的电压调节性能等。但是电路的元件数多，增加了成本和电路复杂性，而且功率因数校正环节输出的直流电压比输入交流电压幅值高，使得开关管&、 &和&要承受比较高的电压应力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种单级半桥AC-DC变换器，减少AC-DC变换器功率器件的数量，并降低开关管承受的电压应力。
本发明提出一种单级半桥AC-DC变换器。本发明的单级半桥AC-DC变换器，实际上是将升降压PFC环节和基于半桥的DC-DC变换器环节结合而得。本发明有如下技术方案实现
一种单级半桥AC-DC变换器，包括输入滤波电路E，整流桥2，电感丄，第一电容Cl，第二电容C2，第三电容C0，第一开关管&，第二开关管&，第一二极管D01、第二二极管A)2、和第三二极管其特征在于，输入滤波电路E与整流桥Q构成输入整流滤波电路；输入滤波电路E、整流桥^、电感Z、开关管&、 二极管D和第一电容d、第二电容C2构成升降压PFC环节；第一开关管&和第二开关管&、第一电容Q、第二电容C2、变压器T与第一二极管A^和第二二极管A)2构成半桥DC-DC变换器环节；所述升降压PFC环节与半桥DC-DC变换器环节共用第一开关管&。
上述的单级半桥AC-DC变换器中，电感i的一端与第三二极管D的阴极、整流桥Q的共阴极连接；电感Z的另一端与第一电容d的一端、第一开关管&的漏极连接；第一电容d的另一端与第二电容C2的一端连接，然后再与变压器T一次侧的异名端连接；第二电容C2的另一端与第三二极管D的阳极连接，然后与第二开关管&的源极连接；第一开关管&的源极与整流桥g的共阳极连接，然后再与第二开关管&的漏极、变压器T一 次侧的同名端连接。
与现有技术相比本发明具有如下优点和效果本发明通过控制第一开关管&的占空比 使得电感l的电流不连续工作从而实现自动功率因数校正的功能，同时实现第一电容c卜 第二电容C2的端电压升压或降压从而限制开关管的电压应力在安全工作范围。通过控制开 关管&和&的占空比可以实现对输出电压Fo的调制。本发明实现输入功率因数校正，而
且相对基于半桥的两级AC-DC变换器，使用较少的开关管，开关管承受的电压应力较小，
从而降低了电路的成本和体积。本发明适合用作电解、电镀等电化学电源。
图1是现有的基于LLC串联谐振的两级AC-DC变换器 图2是本发明实施方式中单级半桥AC-DC变换器的构成电路实例； 图3a 图3e是本发明实施方式中一个开关周期内不同阶段的工作过程图； 图4是本发明实施方式中在一个开关周期内的工作波形； 图5是本发明实施方式中在工频模式下的主要波形。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
参考图2，单级半桥AC-DC变换器包括
输入滤波电路E，整流桥0，电感￡，电容d、 C2和Co，两个开关管&和&， 二极 管D、 ￡>01和￡)02;
输入滤波电路E与整流桥2构成输入整流滤波电路；
输入滤波电路E、整流桥g、电感L、开关管&、 二极管D和电容d、 C2构成升降 压PFC环节；
开关管&和&、电容d和C2、变压器T与二极管"01和Z)02构成半桥DC-DC变换 器环节；
升降压PFC环节与半桥DC-DC变换器环节共用开关管S1;
输入交流电源通过滤波电路E和整流桥Q给AB端供电，AB端电压为正弦半波。电 感L、开关管&、 二极管D和电容d、 C2构成升降压电路。开关管&和&、电容d和
C2与变压器T构成半桥逆变电路。二扱管Am、 A)2和电容Co构成输出整流滤波电路。升
降压电路与半桥逆变电路共用开关管&。电感丄的一端与二极管D的阴极、整流桥g的 共阴极连接；电感丄的另一端与电容d的一端、开关管&的漏极连接；电容d的另一端
4与电容C2的一端连接，然后再与变压器T一次侧的异名端连接；电容C2的另一端与二极管D的阳极连接，然后与开关管&的源极连接；开关管&的源极与整流桥Q的共阳极连接，然后再与&的漏极、变压器T一次侧的同名端连接。
图3给出了本发明的电路工作过程，图4给出了本发明在一个开关周期内的工作波形，图5给出本发明在工频模式下的主要波形。令开关管&和&的占空比相等。(1)在一个开关周期内，电路工作过程如下
阶段l (to t》，如图3a: to时亥U，开关管&导通，电感Z在输入电压^s下线性充电，输出整流二极管D01导通，能量由电容d传递到Ko。
阶段2(t广t2)，如图3b: tj寸刻，开关管&和&关断，电感Z在(7d+Fa)电压下线
性放电，电感丄的储能转移到电容d和C2。输出整流二极管Dcn和Do2反偏截止，输出
电容Cc放电并给负载供电。
阶段3 (t2~t3)，如图3c: t2时亥U，开关管&导通，电感丄继续在(Ka+P^)电压下线性
放电，输出整流二极管Do2导通，能量由电容C2传递到&。
阶段4(t广tt)，如图3d: t3时刻，开关管&和&关断，电感丄继续在(7a+Fa)电压
下线性放电，电感丄的储能转移到电容d和C2。输出整流二极管D(M和Do2反偏截止，
输出电容Co放电并给负载供电。当电感丄的电流/i下降到零时，此阶段完成。
阶段5 (t4 ts)，如图3e: t4时刻，开关管&和&关断，电感Z的电流&下降到零，输出整流二极管D^和Do2反偏截止，输出电容Co放电并给负载供电。
(2)升降压PFC环节的升降压原理to h阶段电感在输入电压F^下线性充电，电流的增量为
其中Dow是开关管&的导通占空比，r是开关周期。
ti t4阶段电感在电压(Fd+f^)下线性放电，电流的增量为其中i)ow是电感Z放电的占空比。
当电路工作于电感电流&断续模式时，有A^叫A^1，由此可得
Kc 一 "ow
r爿fl "OFF
(1)
(2)
(3)
5^的幅值等于电源^的幅值，因此得
<formula>formula see original document page 6</formula>
由式(4)可知当A^〉D。^时，rcl+rC2>^;当Aw〈D。^时，rcl+FC2<^。通过 控制占空比可以对电容的端电压进行初调，而且减小占空比Aw可以有效的控制电容Q
和C2的端电压之和低于输入电压幅值，从而降低了开关管&和&的电压应力。 (3)输入功率因数校正原理 由于电感电流4断续，在开关管&的每个导通阶段&电流峰值与这个导通阶段输入电 压FcM (Fc^=l^l)的平均值成比例，又因为每个导通阶段的电压平均值是正弦变化的， 所以输入电流的峰值也是正弦变化的。而且电感电流脉冲总是从零开始，所以它们的平均 值也是正弦变化的，如图5所示。所有交流电流脉冲组成了波形包含了50或60Hz频率的
基波和开关频率分量，经过丄in、 Cta滤波电路E得正弦输入电流/^。
权利要求
1、一种单级半桥AC-DC变换器，包括输入滤波电路(E)，整流桥(Q)，电感(L)，第一电容(C1)，第二电容(C2)，第三电容(CO)，第一开关管(S1)，第二开关管(S2)，第一二极管(DO1)、第二二极管(DO2)、和第三二极管(D)；其特征在于，输入滤波电路(E)与整流桥(Q)构成输入整流滤波电路；输入滤波电路(E)、整流桥(Q)、电感(L)、开关管(S1)、二极管(D)和第一电容(C1)、第二电容(C2)构成升降压PFC环节；第一开关管(S1)和第二开关管(S2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、变压器(T)与第一二极管(DO1)和第二二极管(DO2)构成半桥DC-DC变换器环节；所述升降压PFC环节与半桥DC-DC变换器环节共用第一开关管(S1)。
2、 根据权利要求1所述的单级半桥AC-DC变换器，其特征在于，电感(丄)的一端与第三二极管(D)的阴极、整流桥(2)的共阴极连接；电感a)的另一端与第一电容(Q)的一端、第一开关管(&)的漏极连接；第一电容(d)的另一端与第二电容(C2) 的一端连接，然后再与变压器(T) 一次侧的异名端连接；第二电容(C2)的另一端与第 三二极管。)的阳极连接，然后与第二开关管(&)的源极连接；第一开关管(&)的源 极与整流桥(G)的共阳极连接，然后再与第二开关管(&)的漏极、变压器(T) 一次侧 的同名端连接。
全文摘要
本发明提供了一种单级半桥AC-DC变换器，包括输入整流滤波电路、升降压PFC环节、半桥DC-DC变换器环节，半桥DC-DC变换器环节由两个开关管(S<sub>1</sub>、S<sub>2</sub>)、两个电容(C<sub>1</sub>、C<sub>2</sub>)、变压器(T)与两个二极管(D<sub>O1</sub>、D<sub>O2</sub>)构成。所述升降压PFC环节与半桥DC-DC变换器环节共用一开关管S<sub>1</sub>，通过控制该开关管的占空比使得电感(L)的电流不连续工作从而实现自动功率因数校正的功能，同时实现第一电容(C<sub>1</sub>)和第二电容(C<sub>2</sub>)的端电压升压或降压从而限制开关管的电压应力在安全工作范围，而且相对基于半桥的两级AC-DC变换器，使用的开关管较少，开关管承受的电压应力较小，从而降低了电路的成本和体积。
文档编号H02M7/48GK101499732SQ20091003683
公开日2009年8月5日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者波 张, 张桂东, 肖文勋 申请人:华南理工大学