专利名称：一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率因数校正电路，具体来说是一种采用逆阻IGBT为开关管，使用两 个输入电感的Boost倍压功率因数校正(PFC)电路。
背景技术：
目前单相功率因数校正电路得到广泛地研究和运用，其中最为典型的是图1所示 的Boost功率因数校正电路。而对于某些要求双输出电压的应用场合，如逆变部分为半桥 结构的UPS系统，由于难以得到较为稳定的中点电位，这种典型的Boost功率因数校正电路 不是非常适合，而三电平的Boost功率因数校正电路恰好能满足该种应用。如图2 中所示，是 Fred C. Lee 等发表的论文“Single-phase Three-Level Boost Power Factor Correction Converter(in Proceedings of Tenth Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition, 1995. APEC' 95. pp. 434-439.) ”中提出的电路 拓扑，该拓扑相对于典型的Boost功率因数校正电路有更低的器件电压应力，并且开关损 耗降低。但是和典型的Boost功率因数校正电路一样，该电路拓扑同样有前级的不控整流 桥，将输入电压整流成馒头波峰电压。而不控整流桥的存在，在一定程度上会增加系统的通 态损耗，尤其对于低电压大电流输入的情况，会影响电路的整机效率。为了消除整流桥的影响，Gang Yao等人在论文“A ZVT PWM Three Level Boost Converter for Power Factor Preregulator(in !Proceedings of IEEEPower Electronics Specialists Conference, 2007. PESC 2007. pp. 768-772.) ” 中提出了一种不 带整流桥的三电平Boost功率因数校正电路，如图3所示。该电路相对图2所示的电路，由 于不存在整流桥，与输入电源构成的导通通路中减少了一个二极管，电路通态损耗可以减 小，系统效率可以有一定程度的提高。值得注意的是，该电路虽然不需要不控整流桥，但是 仍然需要两个输入整流二极管。就通态损耗方面而言，该电路为减少系统通态损耗提供了 一种思路，并且也可以看出三电平的Boost功率因数校正电路在这方面仍然存在改进的空 间。
发明内容
本发明提出了一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路，逆阻IGBT的 运用简化了电路结构，不需要输入整流二极管，使电路具有低通态损耗的优点，而双输入电 感的使用优化了电路的EMC性能。一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路，包括两个Boost PFC电感(第一输入电感L1、第二输入电感L2)，均与输入电源Vs的同 一端相连接；两个开关管(第一开关管S1、第二开关管，分别将两个电感的另一端连接到输 入电源Vs未直接连电感的另一端，从而分别形成充电回路；两个输出整流二极管(第一输出整流二极管D1、第二输出整流二极管D2)，分别将第一输入电感L1、第二输入电感L2连接到两个输出滤波电容(第一输出滤波电容C1、第二 输出滤波电容C2)；输出滤波电容可分别连接负载(第一负载R1、第一负载R1)。所述的开关管(第一开关管S1、第二开关管S2)使用的是具有反向电压阻断能力 的逆阻IGBT ；输入电感为两个，分别为第一输入电感L1、第二输入电感L2，均与电源的同一 端相连接。所述的第一开关管S1、第一输出整流二极管D1与第一输入电感L1R在正半个工频 周期工作，第二开关管&、第二输出整流二极管A与第二输入电感L2仅在负半个工频周期 工作，两部分电路交替工作，实现功率因数校正。本发明利用逆阻IGBT的反向电压阻断能力，在开关管IGBT不进行开关动作的半 个工频周期内承受反向电压进行阻断，从而不需要加额外的输入整流二极管。该拓扑结构 简单，仅需要四个半导体器件，有利于系统构建成本的降低；电路运行期间，电流路径上仅 存在一个半导体器件，减少了通态损耗，有利于系统效率的提高。而双电感的使用有利于获 得较为良好的电磁兼容(EMC)性能。
图1为典型的Boost功率因数校正电路。图2为现有技术中带有前级不控整流桥的三电平Boost功率因数校正电路。图3为现有技术中带输入整流二极管的三电平Boost功率因数校正电路。图4是本发明的一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路。图5是本发明Boost倍压功率因数校正电路的输入电压和两个电感电流的一个工 频周期的波形。图6(a)是图4中Boost倍压功率因数校正电路，输入电压正半个工频周期内，开 关管S1导通，输入电感Lp L2电流的流通路径。图6(b)是图4中Boost倍压功率因数校正电路，输入电压正半个工频周期内，开 关管S1关断，输入电感LpL2电流的流通路径。图6(c)是图4中Boost倍压功率因数校正电路，输入电压负半个工频周期内，开 关管&导通，输入电感Lp L2电流的流通路径。图6(d)是图4中Boost倍压功率因数校正电路，输入电压负半个工频周期内，开 关管&关断，输入电感LpL2电流的流通路径。
具体实施例方式如图4所示，两个Boost电感(第一输入电感L1、第二输入电感L2),均与输入电源 Vs的同一端相连接；第一开关管S1、第二开关管&采用具有反向电压阻断能力的逆阻IGBT，分别将第 一输入电感L1、第二输入电感L2的另一端连接到输入电源Vs未直接连电感的另一端，从而 分别形成充电回路；第一输出整流二极管D1、第二输出整流二极管D2,分别将第一输入电感L1、第二输 入电感L2连接到第一输出滤波电容C1、第二输出滤波电容C2 ；第一输出滤波电容C1、第二输 出滤波电容C2可分别连接第一负载R1、第二负载&。
如图5所示，第一输入电感L1、第二输入电感L2分别在半个工频周期内交替工作， 所以电路分正负半个工频周期两个运行阶段。图6(a)、(b)所示为输入电压正半个工频周期时候，图4所示的电路工作在阶段I 中第一输入电感L1电流的流向图，此阶段第二开关管& 一直处于关断状态。阶段I 第一开关管S1开通，第一输入电感L1储能，电感电流流向为Vs-L1-S1-Vs, 如图6(a)所示；第一开关管S1关断，第一输入电感L1储存的电能向输出传送，电感电流流 向为 Vs-L1-D1-C1-Vs，如图 6(b)所示。图6(c)、(d)所示的为输入电压负半个工频周期时候，图4所示的电路工作在阶段 II中第二输入电感L2电流的流向图，此阶段第一开关管S1 —直处于关断状态。阶段II 第二开关管&开通，第二输入电感L2储能，电感电流流向为VsI2-L2-Vs, 如图6(c)所示；第二开关管&关断，第二输入电感L2储存的电能向输出传送，电感电流流 向为 Vs-C2-D2-L2-Vs，如图 6(d)所示。电路通过两个阶段交替运行，每个阶段电感电流跟踪输入电压，从而在整个工频 周期都能保证输入电流跟踪输入电压，实现对输入电流波形的校正，达到高功率因数校正。
权利要求
1.一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路，其特征在于包括第一输入电感L1、第二输入电感L2,均与输入电源Vs的同一端相连接；第一开关管S1、第二开关管&分别将第一输入电感L1、第二输入电感L2的另一端连接 到输入电源Vs未直接连电感的另一端，从而分别形成充电回路；第一输出整流二极管D1、第二输出整流二极管D2,分别将第一输入电感L1、第二输入电 感1^2连接到第一输出滤波电容C1、第二输出滤波电容C2 ；第一输出滤波电容C1、第二输出滤 波电容C2可分别连接第一负载R1、第二负载&。
2.一种如权利要求1所述的Boost倍压功率因数校正电路，其特征在于第一开关管 S1、第二开关管&为逆阻IGBT。
3.—种如权利要求1所述的Boost倍压功率因数校正电路，其特征在于第一开关管 S1、第一输出整流二极管D1、第一输入电感L1仅在正半个工频周期工作；第二开关管&、第 二输出整流二极管D2、第二输入电感L2仅在负半个工频周期工作。
全文摘要
本发明公开了一种运用逆阻IGBT的Boost倍压功率因数校正电路，包括两个输入电感均与输入电源的同一端相连接；两个开关管分别将两个输入电感的另一端连接到输入电源未直接连电感的另一端，从而分别形成充电回路；两个输出整流二极管分别将两个输入电感连接到两个输出滤波电容；两个输出滤波电容可分别连接负载。本发明通过使用逆阻IGBT可以省去输入整流二极管，一方面减少了电路总器件数量，有利于节约成本；另一方面减少了电流路径上的导通半导体器件数量，从而减小了通态损耗，有利于整机效率的提高。而双输入电感的运用，相对使用单电感，电路有更好的EMC性能。
文档编号H02M1/42GK102136792SQ201110094878
公开日2011年7月27日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者阳彩, 马皓 申请人:浙江大学