专利名称：桥臂半控的功率mosfet功率因数校正器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种整流变压技术领域的装置，具体是一种桥臂半控的功率 MOSFET功率因数校正器。
背景技术：
随着电力电子技术迅速发展，单相功率因数校正器技术发展得越来越成熟，在改 善网侧功率因数和抑制网侧谐波电流方面发挥了巨大的作用。传统的单相功率因数校正器 中，斩波开关采用IGBT (绝缘门双极晶体管)，整流二极管采用反向快恢复二极管，另外采 用二极管整流桥，这样在较大功率输出时，IGBT、反向快恢复二极管、二极管整流桥开关损 耗和通态损耗很大，不仅降低了系统效率，而且也不利于散热处理。为此需要改进单相功率 因数校正器中功率开关的选型和整流桥的结构。经过对单相功率因数校正器技术的检索发现，杨喜军.单相AC-DC变换器及其在 家用变频空调中应用的研究.上海交通大学博士后出站报告，2004年，记载了一种单相有 源功率因数校正电路，其中采用了传统的电路拓扑和传统的开关配置，功率因数校正效果 良好。鉴于处于单相功率因数校正的初级发展阶段，没有特别考虑效率提高问题。进一步检索发现，杨兴华等.有源功率因数校正电路的分析与实现.电气应 用.2007年V26，No7 pp. 54-57.记载了一种较大输出功率的单相有源功率因数校正电路， 其中采用了传统的电路配置，为了提高效率，功率IGBT采用了部分开关斩波技术。鉴于以上分析，本实用新型中，为了保持原有电路拓扑的优点，仍然采用传统的电 路拓扑。为了提高整机效率，对所用的功率开关进行重新配置。旨在利用高速低功耗的功 率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)代替IGBT，并利用功率二极管的并联降低管 压降，实现整体降耗和提高效率。传统的单相功率因数校正器中，由于开关IGBT速度低、通态压降高，斩波开关 IGBT的开关损耗与通态损耗较大。由于通态压降高，整流二极管的损耗较大。另外二极管 整流桥中二极管的通态压降较大，整流桥损耗较大。增加了损耗，降低了效率，影响了散热处理。
实用新型内容本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种桥臂半控的功率MOSFET功 率因数校正器，利用MOSFET损耗低的优点和并联二极管损耗低的优点降低损耗，提高效率。本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括滤波电路、整流电路和 升压电路，其中滤波电路的输入端和输出端分别与单相电源和整流电路相连接，升压电路 的输入端和输出端分别与整流电路和负载相连。所述的整流电路包括四个功率二极管、两个功率MOSFET和一电阻，其中第一功 率二极管与第二功率二极管同向并联且其公共阴极分别与第一功率MOSFET的漏极、第一电阻的一端以及升压电路相连，第一功率二极管与第二功率二极管的公共阳极分别与滤波 电路、第三功率二极管以及第四功率二极管的公共阴极相连，第三功率二极管以及第四功 率二极管同向并联且其公共阳极分别与第二功率MOSFET的源极以及第一电阻的两端，所 述第一至第四功率二极管构成第一桥臂，所述第一功率MOSFET与第二功率MOSFET串联并 构成第二桥臂，该第二桥臂的中点与滤波电路相连。所述的滤波电路包括交流电容，该交流电容的一端分别与单相电源的火线以及 整流电路相连，其另一端与单相电源的零线以及整流电路中第一与第二功率MOSFET构成 的第二桥臂中点相连。所述升压电路包括升压电感、两个功率M0SFET、电解电容和电阻，其中第一升 压电感的一端与整流电路相连，其另一端分别与第三功率MOSFET的漏极以及第四功率 MOSFET的源极相连，第四功率MOSFET的漏极依次与第一电解电容的阳极、负载电阻的一 端以及负载相串联，第三功率MOSFET的源极依次与第二电阻的另一端、第一电解电容的阴 极、负载的另一端以及电源地相串联。本实用新型中的滤波电路负责滤除高频电流，获得正弦电流波形；整流电路负责 将单相正弦电压整流成为正弦半波电压；升压电路负责将正弦半波电压升压为高幅值、低 纹波的直流电压。本实用新型利用功率MOSFET代替IGBT和反向快恢复二极管和整流器中 两个二极管，并且将单相整流桥用作第一桥臂，所有功率MOSFET采用单电源驱动技术。具 有功率因数校正的全部功能，而且构思新颖、效率高等优点。
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限 于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括滤波电路1、整流电路2和升压电路3，其中滤波电路 1的输入端与单相电源相连，其输出端与整流电路2的两个交流输入端相连，整流电路2的 输出端与升压电路3的输入端相连，升压电路3的输出端与负载相连。所述的滤波电路为第一交流电容Cl，该第一交流电容Cl的一端与单相电源的火 线、整流电路中第一功率二极管Dl 第四功率二极管D4构成的第一桥臂中点相连，其另一 端与单相电源的零线、整流电路中第一功率MOSFET Sl与第二功率MOSFET S2构成的另一 桥臂中点相连。所述的整流电路包括第一功率二极管Dl 第四功率二极管D4、第一功率MOSFET 管Si、第二功率MOSFET管S2和第一电阻R1，其中第一功率二极管Dl与第二功率二极管 D2同向并联后，其公共阴极与第一功率MOSFET Sl的漏极、第一电阻Rl的一端、升压电路3 中第一升压电感Ll的一端相连，其公共阳极与滤波电路1中第一电容Cl的一端、第三功率 二极管D3与第四功率二极管D4的公共阴极相连。第三功率二极管D3与第四功率二极管 D4同向并联后，其公共阳极与第二功率MOSFET S2的源极、第一电阻Rl的另一端、第二电阻R2的一端相连。第一功率MOSFET Sl与第二功率MOSFET S2串联后，其构成桥臂的中点与 滤波电路1中第一电容Cl的另一端相连。所述的升压电路包括升压电感Li、第三功率MOSFET S3 S4、一个电解电容El 和一个电阻R2，其中第一升压电感Ll的一端与整流电路1中第一功率二极管Dl与第二 功率二极管D2的阴极、第一功率MOSFET Sl的漏极和第一电阻Rl的一端相连，其另一端与 第三功率MOSFET S3漏极、第四功率MOSFET S4源极相连。第四功率MOSFET S4漏极与第 一电解电容El的阳极、负载电阻的一端相连后，连接负载的一端。第三功率MOSFET S3源 极与第二电阻R2的另一端、第一电解电容El的阴极、负载电阻R3的另一端相连后接地。本实施例中的单相交流输入电压为220VAC，输出直流电压365VDC。滤波电容Cl为 0. 47uF，交流275VAC。二极管Dl D4为一个整流桥，用作一个桥臂。功率MOSFET Sl S4 内置二极管，50A/25°C/500V。电感 Ll 为 0. 75mH，25A。电解电容 El 为 5x560uF，400V。 电阻R2为0.01 Ω，5W，用于检测电感电流。电子Rl为68k Ω，2W。功率MOSFET S3与S3采 用常规驱动，Sl与S4采用自举驱动。本实用新型利用功率MOSFET代替IGBT和反向快恢复二极管和整流器中两个二极 管，并且将单相整流桥用作一个桥臂，所有功率MOSFET采用单电源驱动技术。MOSFET S2、 S3为一组常用驱动电路，MOSFET Si、S4为另一组自举驱动电路。Sl电源负半周期连续导 通10ms，S2电源正半周期连续导通10ms，相比二极管整流时通态损耗与开关损耗较低。S3、 S4的驱动信号互补，而且设置死区时间。具有功率因数校正的全部功能，而且构思新颖、效 率高等优点。
权利要求一种桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，其特征在于，包括滤波电路、整流电路和升压电路，其中滤波电路的输入端和输出端分别与单相电源和整流电路相连接，升压电路的输入端和输出端分别与整流电路和负载相连。
2.根据权利要求1所述的桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，其特征是，所述的 整流电路包括四个功率二极管、两个功率MOSFET和电阻，其中第一功率二极管与第二功 率二极管同向并联且其公共阴极分别与第一功率MOSFET的漏极、第一电阻的一端以及升 压电路相连，第一功率二极管与第二功率二极管的公共阳极分别与滤波电路、第三功率二 极管以及第四功率二极管的公共阴极相连，第三功率二极管以及第四功率二极管同向并联 且其公共阳极分别与第二功率MOSFET的源极以及第一电阻的两端，所述第一至第四功率 二极管构成第一桥臂，所述第一功率MOSFET与第二功率MOSFET串联并构成第二桥臂，该第 二桥臂的中点与滤波电路相连。
3.根据权利要求2所述的桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，其特征是，所述的 滤波电路包括交流电容，该交流电容的一端分别与单相电源的火线以及整流电路相连，其 另一端与单相电源的零线以及整流电路中第一与第二功率MOSFET构成的另一桥臂中点相 连。
4.根据权利要求2所述的桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，其特征是，所述升 压电路包括升压电感、两个功率M0SFET、电解电容和电阻，其中第一升压电感的一端与 整流电路相连，其另一端分别与第三功率MOSFET的漏极以及第四功率MOSFET的源极相连， 第四功率MOSFET的漏极依次与第一电解电容的阳极、负载电阻的一端以及负载相串联，第 三功率MOSFET的源极依次与第二电阻的另一端、第一电解电容的阴极、负载的另一端以及 电源地相串联。
专利摘要一种整流变压技术领域的桥臂半控的功率MOSFET功率因数校正器，包括滤波电路、整流电路和升压电路，其中滤波电路负责吸收高频电流和获得正弦波电流波形，整流电路完成将交流电压转换为正弦半波电压，升压电路完成功率因数校正和提升输出直流电压。本实用新型利用MOSFET损耗低的优点和并联二极管损耗低的优点降低损耗，提高效率。
文档编号H02M1/42GK201726311SQ20102028904
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者张永鑫, 曹中圣, 杨喜军 申请人:上海交通大学