专利名称：低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置，具有固有的倍压功 能，能降低了电流的有效值，从而能降低导通损耗，交错结构减少电路输入输出纹波，提高 了效率。
背景技术：
由于电磁兼容标准对整流器网侧输入电流的谐波的强制要求，近年来功率因数校 正技术成为必要且重要的技术手段。在许多电力电子装置中，较典型的功率校正电路是采 用二极管整流桥和直流储能电容之间串联一个升压BOOST变换器来实现上述目的。通过控 制BOOST变换器的开关的通断时刻，装置可以实现接近于1的功率因数。标准的BOOST变 换器电路，当开关断开时，电流流过两个整流二极管和一个快恢复二极管；当开关导通时， 电流通过二个整流二极管和变换器的功率开关。在低压输入和大功率应用中，标准的BOOST 电路导致高的器件导通损耗和引起较低的转换效率。近年来许多研究人员积极探索改进标 准的boost电路拓扑来减少功率半导体器件数目，尤其是导通损耗.I^rasad N. Enjeti等 人(见参考文献1)1993年首先提出无整流桥功率因数校正电路，减少电路导通损耗，提 高转换效率，在低输入电压和中大功率应用场合具有显著优点，无桥PFC得到广泛的重视 与研究。Y. Jang, Milan Μ.等人((见参考文献2)2007年提出了具有固有倍压功能的 交错升压PFC电路，有效减少低输入电压时的电流有效值，减少了导通损耗。但是由于该电 路采用整流桥，电路转换效率受到了限制。在低输入电压和大功率应用场合，整流桥的损耗所占的比例非常重要，如何减少 功率因数校正电路导通损耗，进一步减少电路导通回路功率元器件和减少流过器件电流的 有效值，是提高PFC电路转换效率的关键。
发明内容
本发明目的是要提供一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置，该装置利 用四个功率MOSFET管、两个电感和五个二极管构成无桥交错倍压PFC电路，面对低输入电 压和大功
率应用场合，能进一步提高电路转换效率和减少电路波纹。本发明的低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置，包括交流输入电源Vin，功 率 MOSFET 管 SIP、SIN、S2P、S2N, 二极管 Do、Dl、D2、D3、D4,储能电容 CB1、CB、C0,电感 Li、 L2，其特征在于通过功率MOSFET管S1P、S1N，二极管D3、D4、D0，储能电容CB、CB1，电感L2 构成了无桥交错BOOST电路1 ;功率M0SFET管S2P、S2N，二极管D1、D2、D3、D4、D0，电感L1 构成了无桥交错BOOST电路2，所述交流输入电源Vin的一端接二极管D3的阳极、D4的阴 极、功率MOSFET管SIN、S2N的漏极，交流电源的另一端接电感Li、L2，电感Ll的另一端接 功率MOSFET管S2P的漏极、二极管Dl的阳极、D2的阴极，电感L2的另一端接功率MOSFET 管SlP的漏极、电容CBl的正极、CB的负极，二极管Dl的阴极接Do的阳极、电容CB的正极，二极管Do的阴极接D3的阴极、电容CO的正极、输出负载正极，电容CO的负极接二极管D4 的阳极、D2的阳极、电容CBl的负极、输出负载负极，功率MOSFET管S2P的源极与S2N的源 极相连，功率MOSFET管SlP的源极与SlN的源极相连，功率MOSFET管S1P、S1N、S2P、S2N的 栅极接各自的控制驱动信号。本发明集成了整流桥，具有固有的倍压功能，能降低了电流的 有效值，从而能降低导通损耗，减少电路纹波，提高了效率，适合于低压应用场合。
图1是低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置具体实现电路图。图2是低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置第一种工作模式图。图3是低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置第二种工作模式图。图4是低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置第三种工作模式图。图5是低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置第四种工作模式图。图6是低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置关键波形图。
具体实施例方式如图1所示，本发明提出的一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置包括 交流输入电源Vin,功率MOSFET管SIP、SIN、S2P、S2N, 二极管Dl、D2、D3、D4、Do，储能电容 CBU CB, CO,电感 L1、L2。图1中的功率MOSFET管S1P、S1N，二极管D3、D4、D0，储能电容CB、CB1，电感L2构 成了无桥交错BOOST电路1 ；功率MOSFET管S2P、S2N，二极管D1、D2、D3、D4、D0，电感Ll构 成了无桥交错BOOST电路2。功率MOSFET管S1P、功率MOSFET管S1N、功率MOSFET管S2P 和功率MOSFET管S2N高频工作，且控制驱动信号交错工作。本发明提出的低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置的4种工作模式如附 图2，附图3，附图4，附图5所示。工作模式一如图2所示，交流输入电源Vin上正下负，功率MOSFET管SIP、S1N、 S2P、S2N导通，所有二极管关断。交流输入电源Vin通过功率MOSFET管S1P、S1N给电感L2 充电，通过功率MOSFET管S2P、S2N给电感Ll充电，即无桥交错BOOST电路两电感L1、L2处 于充电状态。工作模式二如图3所示，交流输入电源Vin上正下负，功率MOSFET管S2P、S2N关 断，二极管Dl导通，其余二极管关断。交流输入电源Vin和电感Ll上储存的能量通过二极 管Dl传递给储能电容CB，即无桥BOOST电路的电感Ll放电续流，电感L2继续充电，电容 CB处于充电状态。工作模式三如图4所示，交流输入电源Vin上正下负，功率MOSFET管SIP、S1N、 S2P、S2N导通，所有二极管关断。交流输入源Vin通过功率MOSFET管S1P、S1N继续给电感 L2充电，通过功率MOSFET管S2P、S2N重新给电感Ll充电，即无桥交错BOOST电路电感Ll 与L2处于充电状态。工作模式四如图5所示，交流输入电源Vin上正下负，功率MOSFET管SIP、SlN关 断，功率MOSFET管S2P、S2N继续导通。交流输入源Vin通过功率MOSFET管S2P、S2N继续 给电感Ll充电，交流输入源Vin、电感L2、储能电容CB通过二极管DO和二极管D4放电，给
4输出储能电容CO充电和输出负载供电，即交错Boost支路电感L2处于放电状态，电感Ll 处于充电状态。如图6所示，本发明中提出的一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置的 关键波形图。图中给出稳态工作模式下，交流输入源Vin上正下负，功率MOSFET管S1P、S1N、 S2P、S2N的驱动信号；二极管DO和Dl的电压波形；电感Li、L2电流波形；功率MOSFET管 SIP、S2P开关电流波形；二极管DO和Dl的电流波形；储能电容CB和输入电流波形。以上所述仅为本实用发明的较佳实施例，凡依本实用发明申请专利范围所做的均 等变化与修饰，皆应属本实用发明的涵盖范围。参考文献
1 Y. Jang, Milan Μ. “ Interleaved Boost Converter With Intrinsic Voltage-Doubler Characteristic for Universal-Line PFC Front End, ，， IEEE Trans. On Power Electronics, Vol. 22，No. 4，July 2007，ppl394_1402Prasad N. En ' eti, etal, A HIGH PERFORMANCE SINGLE PHASE AC TO DC RECTIFIER WITH INPUT POWER FACTOR CORRECTION, IEEE PESC 1993, pp. 190-195。
权利要求
1.一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置，包括交流输入电源Vin，功率 MOSFET 管 S1P、S1N、S2P、S2N，二极管 Do、Dl、D2、D3、D4，电容 CB1、CB、C0，电感 L1、L2，其特 征在于所述交流输入电源Vin的一端接二极管D3的阳极、D4的阴极、功率MOSFET管S1N、 S2N的漏极，交流电源的另一端接电感Li、L2，电感Ll的另一端接功率MOSFET管S2P的漏 极、二极管Dl的阳极、D2的阴极，电感L2的另一端接功率MOSFET管SlP的漏极、电容CBl 的正极、CB的负极，二极管Dl的阴极接Do的阳极、电容CB的正极，二极管Do的阴极接D3 的阴极、电容CO的正极、输出负载正极，电容CO的负极接二极管D4的阳极、D2的阳极、电 容CBl的负极、输出负载负极，功率MOSFET管S2P的源极与S2N的源极相连，功率MOSFET 管SlP的源极与SlN的源极相连，功率MOSFET管SIP、SIN、S2P、S2N的栅极接各自的控制 驱动信号。
2.如权利要求1所述的一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置，其特征在 于通过功率MOSFET管S1P，功率MOSFET管S1N，储能电容CBl，储能电容CB构成交错升压 电路支路1 ；通过功率MOSFET管S2P，功率MOSFET管S2N，二极管Dl，二极管D2，构成交错 升压电路支路2 ；当低输入电压与高输出电压转换比使得开关占空比大于0.5，交错电路具 有固有的倍压功能。
3.如权利要求2所述的一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置，其特征在于 电路的第一种工作模式交流输入源Vin上正下负，功率MOSFET管S1P，功率MOSFET管S1N， 功率MOSFET管S2P，功率MOSFET管S2N导通，其余二极管关断；交流输入源Vin通过功率 MOSFET管S1P，功率MOSFET管SlN给电感L2充电，通过功率MOSFET管S2P，功率MOSFET管 S2N给电感Ll充电，即无桥交错BOOST电路电感处于充电状态。
4.如权利要求2所述的一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置，其特征在 于电路的第二种工作模式在这种工作模式下，交流输入源Vin上正下负，功率MOSFET管 S2P，功率MOSFET管S2N关断，二极管Dl导通，其余二极管关断；交流输入源Vin和电感Ll 上储存的能量通过二极管Dl传递给储能电容CB，即无桥BOOST电路的电感Ll的电流续流 和对电容CB充电状态。
5.如权利要求2所述的一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置，其特征在 于电路的第三种工作模式在这种工作模式下，交流输入源Vin上正下负，功率MOSFET管 SlP,功率MOSFET管S1N，功率MOSFET管S2P，功率MOSFET管S2N导通，其余二极管关断；交 流输入源Vin通过功率MOSFET管S1P，功率MOSFET管SlN继续给电感L2充电，通过功率 MOSFET管S2P，功率MOSFET管S2N重新给电感Ll充电，即无桥交错BOOST电路电感处于充 电状态。
6.如权利要求2所述的一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置，其特征在 于电路的第四种工作模式在这种工作模式下，交流输入源Vin上正下负，功率MOSFET管 SlP,功率MOSFET管SlN关断；功率MOSFET管S2P，功率MOSFET管S2N继续导通；交流输入 源Vin通过功率MOSFET管S2P，功率MOSFET管S2N继续给电感Ll充电；交流输入源Vin通 过电感L2、储能电容CB、二极管DO和二极管D4放电，给输出储能电容CO充电和输出负载 供电，即交错Boost支路2的电感L2处于放电状态。
全文摘要
本发明涉及一种低压输入的无桥交错倍压功率因数校正装置，利用四个功率MOSFET管、两个电感和五个二极管构成无桥交错倍压PFC电路，面对低输入电压和大功率应用场合，能进一步提高电路转换效率和减少电路波纹。本发明集成了二极管整流桥与功率因数校正电路，具有固有的倍压功能，能降低电流的有效值，从而能降低导通损耗，减少电路纹波，提高了效率，适合于低压大功率应用场合。
文档编号H02M1/42GK102075078SQ20101060718
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者林维明 申请人:福州大学