专利名称：一种无桥pfc升压整流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及整流器，特别是涉及一种无桥PFC升压整流器。
背景技术：
电力电子装置的大量频繁使用给电网造成了很严重的谐波污染，因此必须引入功 率因数校正(Power Factor Correction，简称PFC)电路，使电力电子装置输入电流谐波满 足现有的谐波要求。如图1所示，为现有的普通无桥PFC升压整流器电路，与普通的BOOST PFC升压整 流器相比，省去了 PFC前端的整流桥，理论上可以得到较高的效率。但是，该图1所示电路 需要两个电感，分别用于在电源输入的正负半周储能，这样无形中增加了电路的体积。如图2所示，为在图1所示电路基础上改进的无桥PFC升压整流器电路。该所示 电路因为左上桥臂改为MOSFET管，右下桥臂改为二极管，同时节约了一个电感。但是该电 路的缺点是反向恢复性较差，只能工作在电流不连续的状态，也就使无桥PFC升压整流器 只适于应用在小功率变换器中。上述两个电路同时还存在电路导通损耗大，整体效率不高的问题。 发明内容本实用新型所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提出一种无桥 PFC升压整流器，能降低电路导通损耗，提高效率，同时解决了反向恢复问题，使电路不仅能 工作在电流不连续状态，也能工作在电流连续状态。本实用新型的技术问题通过以下的技术方案予以解决一种无桥PFC升压整流器，包括由左上、右上、左下和右下四个桥臂组成的整流 桥、串联连接在交流电源正向输出端与整流桥左上桥臂输入端之间的第一储能电感，串联 连接在交流电源反向输出端与整流桥右下桥臂输入端之间的第二储能电感，以及连接在整 流桥两输出端之间的滤波电容，所述左下桥臂包括一 N沟道MOSFET管，所述右下桥臂包括 一 N沟道MOSFET管，所述左上桥臂由第一 MOSFET管和第二 MOSFET管串联再与第一快恢复 二极管并联组成，所述第一 MOSFET管和第二 MOSFET管均为N沟道MOSFET管，两个MOSFET 管通过源极串联，所述第二MOSFET管的漏极与所述左下桥臂的MOSFET管的漏极耦合；所述 右上桥臂由第四MOSFET管和第五MOSFET管串联再与第二快恢复二极管并联组成，所述第 四MOSFET管和第五MOSFET管均为N沟道MOSFET管，两个MOSFET管通过源极串联，所述第 五MOSFET管的漏极与所述右下桥臂的MOSFET管的漏极耦合。本实用新型的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决一种无桥PFC升压整流器，包括由左上、右上、左下和右下四个桥臂组成的整流 桥、串联连接在交流电源正向输出端与整流桥左上桥臂输入端之间的第一储能电感，以及 连接在整流桥两输出端之间的滤波电容，所述右上桥臂、右下桥臂各包括一 N沟道MOSFET 管，所述右上桥臂的MOSFET管的源极与所述右下桥臂的MOSFET管的漏极耦合，或所述右上桥臂、右下桥臂各包括一二极管，所述右上桥臂的二极管的阳极与所述右下桥臂的二极管 的阴极耦合，所述左上桥臂由第一 MOSFET管和第二 MOSFET管串联再与第一快恢复二极管 并联组成，所述第一 MOSFET管和第二 MOSFET管均为N沟道MOSFET管，两个MOSFET管通过 源极串联；所述左下桥臂由第三MOSFET管和第四MOSFET管串联再与第二快恢复二极管并 联组成，所述第三MOSFET管和第四MOSFET管均为N沟道MOSFET管，两个MOSFET管通过源 极串联；所述第二 MOSFET管的漏极与所述第三MOSFET管的漏极耦合本实用新型与现有技术对比的有益效果是本实用新型的无桥PFC升压整流器，PFC电路的续流二极管换成了由两个MOSFET 管串联再与一个二极管并联组成MOSFET双向开关，利用MOSFET导通损耗较小的特点，降低 了电路的导通损耗，同时两个MOSFET的体二极管相互屏蔽，通过与之并联的快恢复二极管 续流，解决了反向恢复问题，使电路不仅能工作在电流不连续的状态，也能工作在电流连续 的状态，就使无桥PFC升压整流器能同时适于应用在小功率变换器和大功率变换器中。
图1是背景技术中一种无桥PFC升压整流器电路结构图；图2是背景技术中另一种无桥PFC升压整流器电路结构图；图3是本实用新型具体实施方式
一的无桥PFC升压整流器电路结构图；图4是图3电路在输入电压正半周时电流连续状态下的工作波形示意图；图5是本实用新型具体实施方式
二的无桥PFC升压整流器电路结构图；图6是图5电路在输入电压正半周时电流连续状态下的工作波形示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
并对照附图对本实用新型做进一步详细说明。
具体实施方式
一如图3所示，为本实施方式的无桥PFC升压整流器电路结构图。无桥PFC升压整 流器包括第一储能电感Li、第二储能电感L2、滤波电容Cl，以及由左上、右上、左下和右下 四个桥臂组成的整流桥。交流输入电源为AC，第一储能电感Ll串联连接在交流电源AC正 向输出端与整流桥左上桥臂输入端之间，第二储能电感L2串联连接在交流电源AC反向输 出端与整流桥右下桥臂输入端之间，滤波电容Cl并联在左上桥臂输出端和左下桥臂输入 端之间，交流电压经无桥PFC升压整流器后输出供负载电阻Load工作。其中，左下桥臂由一 N沟道MOSFET管S3组成。右下桥臂由一 N沟道MOSFET管 S6组成。左上桥臂由第一 N沟道MOSFET管Sl和第二 N沟道MOSFET管S2串联后再与一 个快恢复二极管Dl并联组成，两个MOSFET管Sl和S2通过源极串联，MOSFET管S2的漏极 与左下桥臂的MOSFET管S3的漏极连接。右上桥臂由第四N沟道MOSFET管S4和第五N沟 道MOSFET管S5串联后再与一个快恢复二极管D2并联组成，两个MOSFET管S4和S5通过 源极串联，MOSFET管S5的漏极与右下桥臂的MOSFET管S6的漏极连接。如图4所示，为本实施方式的无桥PFC升压整流器在输入电压正半周时电流连续 状态下的工作波形示意图，图中VGSU VGS2、VGS3、VGS6分别是MOSFET管Si、S2、S3与S6 的控制信号驱动电压，VL1、IL1分别是第一储能电感Ll的电压、电流，VDS3是MOSFET管S3漏极与源极之间的电压，IDl是二极管Dl中的电流，IDS3是MOSFET管S3中的电流。其工作过程如下以输入电压正半周为例，MOSFET管S6 —直导通，MOSFET管S4、 S5 一直关断。左下桥臂的MOSFET管S3为主开关管，左上桥臂的MOSFET管Si、S2成为续
流开关管。在tO-tl时刻，MOSFET管S3开通，MOSFET管S1、S2关断，第一储能电感Ll储能， 电流流向为:L1、S3、S6、L2、AC电源。在tl-t2时亥lj，MOSFET管S3关断，MOSFET管Si、S2关断，电感Ll储存的能量经 二极管Dl释放。电流流向为Ll、Dl、Load、S6、L2、AC电源。在t2-t3时刻，MOSFET管S1、S2开通，二极管Dl中的电流转移到S1、S2中。电流 流向为 Li、S2、Si、Load S6、L2、AC 电源。在t3-t4时刻，MOSFET管S1、S2关断，电流从S1、S2转移到Dl中，电流流向为Li、 Dl、Load、S6、L2、AC 电源。t4时刻，S3开通，第一储能电感Ll充电，下一周期开始。在输入电压负半周时，MOSFET管S3 —直导通，MOSFET管S1、S2 —直关断。MOSFET 管S6变为主开关管，MOSFET管S4、S5成为续流开关管，其工作过程与正半周类似。本实施方式的无桥PFC升压整流器，将PFC电路的续流二极管换成了由两个 MOSFET管串联再与一个快恢复二极管并联组成MOSFET双向开关，利用MOSFET导通损耗较 小的特点，降低了电路的导通损耗，同时两个MOSFET的体二极管相互屏蔽，通过与之并联 的快恢复二极管续流，解决了反向恢复问题，能同时工作在电流不连续状态和电流连续状 态。
具体实施方式
二如图5所示，为本实施方式的无桥PFC升压整流器电路结构图。无桥PFC升压整流 器第一储能电感Li、滤波电容Cl，以及由左上、右上、左下和右下四个桥臂组成的整流桥。 交流输入电源为AC，第一储能电感Ll串联连接在交流电源AC正向输出端与整流桥左上桥 臂输入端之间，滤波电容Cl并联在左上桥臂输出端和左下桥臂输入端之间，交流电压经无 桥PFC升压整流器后输出供负载电阻Load工作。其中，右上桥臂由一 N沟道MOSFET管S5组成。右下桥臂由一 N沟道MOSFET管S6 组成。右上桥臂MOSFET管S5的源极与右下桥臂的MOSFET管S6的漏极连接。左上桥臂由 第一 N沟道MOSFET管Sl和第二 N沟道MOSFET管S2串联后再与一个快恢复二极管Dl并 联组成，两个MOSFET管Sl和S2通过源极串联。左下桥臂由第三N沟道MOSFET管S3和第 四N沟道MOSFET管S4串联后再与一个快恢复二极管D2并联组成，两个MOSFET管S3和S4 通过源极串联。MOSFET管S2的漏极与左下桥臂的MOSFET管S3的漏极连接。如图6所示，为本实施方式的无桥PFC升压整流器在输入电压正半周时电流连续 状态下的工作波形示意图，图中VGS1、VGS2、VGS3、VGS4、VGS6分别是MOSFET管S1、S2、S3、 S4与S6的控制信号驱动电压，VLU ILl分别是第一储能电感Ll的电压、电流，VDS3+VSD4 是MOSFET S3漏极与S4漏极之间的电压，IDl是二极管Dl中的电流，IDS3是MOSFET管S3 中的电流。其工作过程如下以输入电压正半周为例，MOSFET管S6—直导通，MOSFET管S5截 止。左下桥臂的MOSFET管S3、S4成为主开关管，左上桥臂的MOSFET管Si、S2成为续流开关管。在tO-tl时亥lj，MOSFET管S3与S4开通，MOSFET管Si、S2关断，第一储能电感Ll 储能，电流流向为:L1、S3、S4、S6、AC电源。在tl-t2时刻，MOSFET管S3、S4关断，MOSFET管S1、S2关断，电感Ll储存的能量 经二极管Dl释放。电流流向为Ll、Dl、Load、S6、AC电源。在t2-t3时刻，MOSFET管Si、S2开通，二极管Dl中的电流转移到MOSFET管Si、 S2中。电流流向为Li、S2、Si、Load S6、AC电源。在t3-t4时刻，MOSFET管Si、S2关断，电流从MOSFET管Si、S2转移到二级管Dl 中，电流流向为Ll、Dl、Load、S6、AC电源。t4时刻，MOSFET管S3、S4开通，电感Ll充电，下一周期开始。在输入电压负半周时，MOSFET管S5 —直导通，MOSFET管S6截止。其工作过程与 正半周类似，只是MOSFET管Si、S2变为主开关管，MOSFET管S3、S4成为续流开关管。本实施方式的无桥PFC升压整流器，将PFC电路的续流二极管换成了由两个 MOSFET管串联再与一个快恢复二极管并联组成MOSFET双向开关，利用MOSFET导通损耗较 小的特点，降低了电路的导通损耗，同时两个MOSFET的体二极管相互屏蔽，通过与之并联 的快恢复二极管续流，解决了反向恢复问题，能同时工作在电流不连续状态和电流连续状 态。同时，将PFC电路中只工频导通关断的慢速二极管也换成了 MOSFET管，能进一步减小 电路的导通损耗，提高系统效率。另外，本实施方式的无桥PFC升压整流器中右上桥臂和右下桥臂也可以均由一二 极管组成，右上桥臂的二极管的阳极与右下桥臂的二极管的阴极耦合。如果用二极管组成 右上桥臂和右下桥臂，电路导通损耗比用MOSFET管组成右上桥臂和右下桥臂的电路导通 损耗要大，但是器件成本较低，也为一种可选择的电路连接方式。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能 认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途 相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种无桥PFC升压整流器，包括由左上、右上、左下和右下四个桥臂组成的整流桥、串联连接在交流电源正向输出端与整流桥左上桥臂输入端之间的第一储能电感，串联连接在交流电源反向输出端与整流桥右下桥臂输入端之间的第二储能电感，以及连接在整流桥两输出端之间的滤波电容，所述左下桥臂包括一N沟道MOSFET管，所述右下桥臂包括一N沟道MOSFET管，其特征在于所述左上桥臂由第一MOSFET管和第二MOSFET管串联再与第一快恢复二极管并联组成，所述第一MOSFET管和第二MOSFET管均为N沟道MOSFET管，两个MOSFET管通过源极串联，所述第二MOSFET管的漏极与所述左下桥臂的MOSFET管的漏极耦合；所述右上桥臂由第四MOSFET管和第五MOSFET管串联再与第二快恢复二极管并联组成，所述第四MOSFET管和第五MOSFET管均为N沟道MOSFET管，两个MOSFET管通过源极串联，所述第五MOSFET管的漏极与所述右下桥臂的MOSFET管的漏极耦合。
2.一种无桥PFC升压整流器，包括由左上、右上、左下和右下四个桥臂组成的整流桥、 串联连接在交流电源正向输出端与整流桥左上桥臂输入端之间的第一储能电感，以及连接 在整流桥两输出端之间的滤波电容，所述右上桥臂、右下桥臂各包括一N沟道MOSFET管，所 述右上桥臂的MOSFET管的源极与所述右下桥臂的MOSFET管的漏极耦合，或所述右上桥臂、 右下桥臂各包括一二极管，所述右上桥臂的二极管的阳极与所述右下桥臂的二极管的阴极 耦合，其特征在于所述左上桥臂由第一 MOSFET管和第二 MOSFET管串联再与第一快恢复二极管并联组 成，所述第一 MOSFET管和第二 MOSFET管均为N沟道MOSFET管，两个MOSFET管通过源极串 联；所述左下桥臂由第三MOSFET管和第四MOSFET管串联再与第二快恢复二极管并联组成， 所述第三MOSFET管和第四MOSFET管均为N沟道MOSFET管，两个MOSFET管通过源极串联； 所述第二 MOSFET管的漏极与所述第三MOSFET管的漏极耦合。
专利摘要一种无桥PFC升压整流器，包括整流桥、储能电感和滤波电容，整流桥左上桥臂是一MOSFET双向开关，右下桥臂是一MOSFET管，左下桥臂与右上桥臂分别是一MOSFET双向开关和一MOSFET管，或者分别是一MOSFET管和一MOSFET双向开关；左上桥臂的MOSFET双向开关下面一个MOSFET管漏极，与左下桥臂的MOSFET管或MOSFET双向开关上面一个MOSFET管的漏极连接；右上桥臂的MOSFET双向开关下面一个MOSFET管或一MOSFET管的源极，与右下桥臂一个MOSFET管的漏极耦合。能减小导通损耗，提高整流器效率，且解决了反向恢复问题，能工作在电流不连续状态和电流连续状态下。
文档编号H02M7/217GK201682429SQ200920262019
公开日2010年12月22日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者弗兰克.赫尔特, 武志贤, 胡永辉, 黄庆义, 黄立巍 申请人:艾默生网络能源有限公司