专利名称：一种输入宽范围连续可调的有源软开关无桥pfc变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种零电压转换的有源软开关无桥功率因数校正电路，尤其是一种基于该有源软开关无桥功率因数校正电路的输入宽范围连续可调的有源软开关无桥功率因数校正(BOOST PFC)变换器。
背景技术：
无桥BOOST PFC电路相对于传统功率因数校正(BOOST PFC)电路，由于省略了输入整流桥，大幅降低了导通损耗，效率得以提升约1 2%。特别是无桥BOOST PFC电路改进拓扑——新型双电感无桥功率因数校正Ond Dual Boost PFC)电路，很好解决了无桥 BOOST PFC电路中功率地电平相对于大地引起的共模电流造成的电磁干扰这一缺陷，使得无桥BOOST PFC电路摆脱了以前仅仅在实验室进行理论研究的情况，具有了工业应用的前景。图1为一个2nd Dual Boost PFC电路，所述电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、 第三二极管Da和第四二极管Db，第一主功率开关管S1、第二主功率开关管S2,电路中第一二极管D1共阳极接第一主功率开关管S1的漏极，第二二极管&接第二主功率开关管&的漏极，其共阴极接滤波电容Ctl 一端；输入交流电源Us 一端接第一升压电感L1和第三二极管Da 共阴极、另一端接第二升压电感L2和第四二极管Db共阴极；第三二极管Da共阳极、第四二极管Db共阳极、第一主功率开关管S1的源极和第二主功率开关管&的源极连接到滤波电容Ctl另一端。负载Rtl并接于滤波电容Ctl两端。其工作过程是以输入电源电压的正半周为例，在图1所示电路电感电流连续时有两种工作模式，分别如图2 (a)、图2 (b)所示，当第一主功率开关管S1导通时，电源电流通过第一升压电感L1、第一主功率开关管S1和第四二极管Db构成回路，第一升压电感L1储能， 电感电流iu线性增长，见图2(a)；当第一主功率开关管S1截止时，电源电流通过第一升压电感L1、第一二极管D1、第四二极管Db、滤波电容Ctl和负载Rtl构成回路，电源电流和第一升压电感L1的储能电流向滤波电容Ctl和负载Rtl放电。输入电源电压的负半周工作模式如图 2(c)、图 2(d)所示。2nd Dual Boost PFC电路降低了功率因数校正电路导通损耗与共模电流造成的电磁干扰，但未解决开关损耗问题，降低开关损耗的重要措施是软开关技术，其中零电压转换 (ZVT)软开关技术是最重要的方法之一。本实用新型即为采用零电压转换(ZVT)软开关技术的无桥BOOST PFC电路。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器，该变换器克服现有技术中开关管与二极管通态损耗大，整机效率不高的问题。本实用新型的技术方案为一种输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器，该变换器包括零电压转换的有源软开关无桥功率因数校正电路及其控制电路组成，零电压转换的有源软开关无桥功率因数校正电路电路包括2nd Dual Boost PFC电路和一个辅助开关网络，所述2nd Dual Boost PFC电路包括第一二极管、第二二极管、第七二极管和第八二极管，第一主功率开关管、第二主功率开关管，电路中第一二极管共阳极接第一主功率开关管的漏极，第二二极管接第二主功率开关管的漏极；输入交流电源一端接第一升压电感和第七二极管共阴极、另一端接第二升压电感和第四二极管共阴极，第一二极管、第二二极管共阴极接到滤波电容一端；第七二极管、第八二极管、第一主功率开关管和第二主功率开关管的源极连接到滤波电容另一端；负载并接于滤波电容两端；所述辅助开关网络包括辅助开关管、谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容、第三谐振电容、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第九二极管和第十二极管；第九二极管、第十二极管反并联于两个主功率开关管两端，第一谐振电容、第二谐振电容并联于两个主功率开关管两端；第三二极管、第四二极管共阳极接于输入交流电源两端，其共阴极接于谐振电感和第三谐振电容一端；谐振电感另一端接于辅助开关管漏极和第五二极管的共阳极，第五二极管共阴极接第三谐振电容另一端和第六二极管的共阳极，第六二极管的共阴极接到滤波电容一端；辅助开关管的源极、第九二极管、和第十二极管的共阳极，第一谐振电容和第二谐振电容一起连接到滤波电容另一端；负载并接于滤波电容两端；本发明提出的输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器的控制电路包括单周控制芯片、电压检测电路、电流检测电路、电压反馈电路和门极驱动电路；电压检测电路输入端通过变压器和整流桥连接到输入交流电源两端；电流检测电路输入端通过电流传感器连接到输入交流电源的一端； 电压反馈电路输入端通过分压器连接到负载正端；门极驱动电路采用RC延时电路和与门、 异或门组成的门电路使得辅助开关管的开通时间超前于第一主功率开关管和第二主功率开关管的开通时间，且辅助开关管和第一主功率开关管、第二主功率开关管交错开通。第九二极管和第十二极管可以是所述第一主功率开关管和第二主功率开关管的体二极管。第一谐振电容、第二谐振电容可以是所述第一主功率开关管和第二主功率开关管的寄生电容。电路中所述的其余二极管均为快速回复二极管。电路中所述的单周控制芯片可以是IR1150S。本实用新型的优点在于输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器可以通过调节无桥Boost PFC电路电压取样电阻值得到连续可调的输出电压值，同时输入端交流电压在85V ^55V之间变化不影响无桥PFC变换器输出电压与带负载能力。由于主开管实现了 ZVT开通，升压二极管为零电流关断，两主功率开关管的电压与电流应力没有增加， 因此电路的通态损耗减小，整机效率得以提高。
图1是一个2nd Dual Boost PFC电路原理图；图2是2nd Dual Boost PFC电路的五种工作模式图；图3是本实用新型变换器主电路原理图；图4是本实用新型变换器电路原理图；图5是本实用新型变换器在一个周期内的工作原理图；[0018]图6是本实用新型变换器在一个周期内的七种工作模态；以输入交流电源Us正半波为例，所述的零电压转换软开关无桥功率因数校正电路在一个开关周期内的工作时序如图5所示，图5(a)为主功率开关管S1的栅极驱动电压，图 5(b)为辅助开关管民的栅极驱动电压，图5(c)为主功率开关管S1的漏极源极和源极之间的电压，图5(d)为主功率开关管S1W电流波形，图5(e)为升压二极管D1两端电压波形图， 图5(f)为升压二极管D1的电流波形图，图5(g)为辅助开关管民的电流波形图，图5(h)为谐振电感k的电流波形图，图5(i)为谐振电容C；两端的电压波形，图5(g)为流过第六二极管D6的电流波形。图6(a)——图6(g)在一个开关周期内有七种工作模态。
具体实施方式
输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器的主电路包括2nd Dual Boost PFC电路和一个辅助开关网络，如图3所示。所述2nd Dual Boost PFC电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第七二极管Da和第八二极管Db，第一主功率开关管S1、第二主功率开关管S2,电路中第一二极管D1共阳极接第一主功率开关管S1的漏极，第二二极管&接第二主功率开关管&的漏极；输入交流电源Us 一端接第一升压电感L1和第七二极管共阴极Da、 另一端接第二升压电感L2和第四二极管Db共阴极。所述辅助开关网络包括辅助开关管民、 谐振电感L,、第一谐振电容Csi、第二谐振电容Cs2、第三谐振电容C,、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第九二极管Dsi和第十二极管DS2。第九二极管DS1、 第十二极管A2反并联于两个主功率开关管两端，第一谐振电容Csi、第二谐振电容Cs2并联于两个主功率开关管两端；第三二极管D3、第四二极管D4共阳极接于输入交流电源Us两端， 第三二极管D3、第四二极管D4共阴极接于谐振电感L,和第三谐振电容C, 一端；谐振电感L, 另一端接于辅助开关管民漏极和第五二极管D5的共阳极，第五二极管D5的共阴极接第三谐振电容C；另一端和第六二极管D6的共阳极，第六二极管D6的共阴极接到滤波电容Ctl 一端；辅助开关管民的源极、第九二极管Dsi和第十二极管的共阳极，第一谐振电容Csi和第二谐振电容Cs2 —端一起连接到滤波电容Ctl另一端；负载Rtl并接于滤波电容Ctl两端。本发明提出的输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器的控制电路包括单周控制芯片、电压检测电路、电流检测电路、电压反馈电路和门极驱动电路。电压检测电路输入端通过变压器 ；和整流桥A连接到输入交流电源Us两端；电流检测电路输入端通过电流传感器连接到输入交流电源Us的一端；电压反馈电路输入端通过分压器Kp连接到负载Rtl正端；门极驱动电路采用RC延时电路和与门、异或门组成的门电路使得辅助开关管 Sr的开通时间超前于第一主功率开关管S1和第二主功率开关管&的开通时间，且辅助开关管民和第一主功率开关管S1、第二主功率开关管&交错开通。本发明无桥PFC变换器所述的第一谐振电容Csi、第二谐振电容Q2可以是所述第一主功率开关管S1和第二主功率开关管&的寄生电容；本发明无桥PFC变换器中所述的第九二极管Dsi和第十二极管Ds2可以是所述第一主功率开关管S1和第二主功率开关管&的体二极管；本发明无桥PFC变换器中所述的其余二极管均为快速回复二极管；本发明无桥PFC变换器中所述的单周控制芯片可以是^1150S。
5[0027]模态l(t6 tQ)，如图 6(a)在t0时刻之前，软开关未工作，S1、S2、Sr,均关断，由于L1的存在，L1可以认为不变。 在此模态下，iD1 = IL1，vsl = V。。模态2 (t1 t2)，如图 6 (b)在t1时刻，Sr导通，由于Lr的存在，因此Sr的电流不能突变，Sr是零电流开通。在此模态下，随着iLr的不断增加，iD1不断减小，直到iLr达到IL1，D1零电流关断。模态 3 (t2 t3)，如图 6 (C)在t2时刻，iD1 = O,D1零电流关断。在此模态下，Cs1开始放电，Vcs1(t1) = V0，此时 Cs1放电，Lr电流增大。模态4 (t3 t4)，如图 6 (d)在t3时刻，vsl = 0，此时主开关管S1体二极管Ds1开通，在此模态下，iLr开始线性减小，Is1开始线性增加，主开关管S1在此模态下已达到ZVS开通的条件。模态5 (t4 t5)，如图 6 (e)在t4时刻，Sr关断，同时S1零电压开通，由于Cr；的存在，Sr的电压不能突变，其关断特性好，近似于零电压关断。在此模态中，Lr与C2开始谐振。模态6 (t5 t6)，如图 6 (f)在t5时刻，Lr放电结束，ZVT回路不工作。在此模态中，iLr = 0，如果vCr≥U0,则 vCr被钳位在V0。模态7 (t6 t7)，如图 6 (g)在t6时刻，Cs1开始充电，同时Cr开始放电。在此模态中，由于Cs1的存在，主开关管S1软关断，到t7时刻，Vcs1 = V0, Vcr = 0。到icr = 0时，此模态结束。Cs1充电完成，Vcs1 =V0，此时升压二极管D1实现ZVS开通；同时C2放电结束，iC2 = 0，ZVT辅助支路不工作。 此时，iLr = 0，Vcr = 0，电路回到下一个导通周期，Sr再一次导通，开始下一周期的工作。通过对新型零电压转换有源软开关无桥功率因数校正电路的分析，两主功率开关管的电压和电流应力没有增加，同时主功率开关管实现了零电压零电流开通和零电压关断，升压二极管也实现了软通断，降低了电路的通态损耗，提高了整机效率。
权利要求1.一种输入宽范围连续可调的有源软开关无桥BOOST PFC变换器，其特征在于该变换器包括零电压转换的有源软开关无桥功率因数校正电路及其控制电路组成；零电压转换的有源软开关无桥功率因数校正电路电路包括2nd Dual Boost PFC电路和一个辅助开关网络，所述2nd Dual Boost PFC电路包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第七二极管(Da) 和第八二极管(Db)，第一主功率开关管饵)、第二主功率开关管(S2)，电路中第一二极管 (D1)共阳极接第一主功率开关管(S1)的漏极，第二二极管(D2)接第二主功率开关管(S2)的漏极；输入交流电源(Us) —端接第一升压电感(L1)和第七二极管(Da)共阴极、另一端接第二升压电感(L2)和第四二极管(Db)共阴极，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)共阴极接到滤波电容一端；第七二极管(Da)、第八二极管(Db)、第一主功率开关管(S1)和第二主功率开关管(S2)的源极连接到滤波电容(Ctl)另一端；负载(Rtl)并接于滤波电容(Ctl)两端；所述辅助开关网络包括辅助开关管氐)、谐振电感(L》、第一谐振电容(Csi)、第二谐振电容(Cs2)、 第三谐振电容(C；)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、 第九二极管(Dsi)和第十二极管(Ds2)；第九二极管(Dsi)、第十二极管(Ds2)反并联于两个主功率开关管两端，第一谐振电容(Csi)、第二谐振电容(Cs2)并联于两个主功率开关管两端； 第三二极管(D3)、第四二极管(D4)共阳极接于输入交流电源(Us)两端，其共阴极接于谐振电感(L》和第三谐振电容(C；) 一端；谐振电感(L》另一端接于辅助开关管(S》漏极和第五二极管(D5)的共阳极，第五二极管(D5)共阴极接第三谐振电容(C；)另一端和第六二极管(D6)的共阳极，第六二极管(D6)的共阴极接到滤波电容(Ctl) 一端；辅助开关管(S》的源极、第九二极管(Dsi)、和第十二极管(Ds2)的共阳极，第一谐振电容(Csi)和第二谐振电容 (Cs2) 一起连接到滤波电容(Ctl)另一端；负载(Rtl)并接于滤波电容(Ctl)两端；输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器的控制电路包括单周控制芯片、电压检测电路、电流检测电路、电压反馈电路和门极驱动电路；电压检测电路输入端通过变压器(T》和整流桥( )连接到输入交流电源(Us)两端；电流检测电路输入端通过电流传感器连接到输入交流电源(Us)的一端；电压反馈电路输入端通过分压器(Kp)连接到负载(Rtl)正端；门极驱动电路采用RC延时电路和与门、异或门组成的门电路使得辅助开关管(S》的开通时间超前于第一主功率开关管(S1)和第二主功率开关管(S2)的开通时间，且辅助开关管(S》和第一主功率开关管(S》、第二主功率开关管(S2)交错开通。
2.根据权利要求1所述输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器，其特征在于第九二极管(Dsi)和第十二极管(Ds2)可以是所述第一主功率开关管(S1)和第二主功率开关管(S2)的体二极管。
3.根据权利要求1所述输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器，其特征在于第一谐振电容(Csi)、第二谐振电容(Cs2)可以是所述第一主功率开关管(S1)和第二主功率开关管(S2)的寄生电容。
4.根据权利要求1所述输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器，其特征在于电路中所述的其余二极管均为快速回复二极管。
5.根据权利要求1所述输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器，其特征在于电路中所述的单周控制芯片可以是^1150S。
专利摘要本实用新型公开一种输入宽范围连续可调的有源软开关无桥BOOST PFC变换器，该变换器包括零电压转换的有源软开关无桥功率因数校正电路及其控制电路组成；零电压转换的有源软开关无桥功率因数校正电路电路包括2ndDual Boost PFC电路和一个辅助开关网络。本实用新型的优点在于输入宽范围连续可调的有源软开关无桥PFC变换器可以通过调节无桥Boost PFC电路电压取样电阻值得到连续可调的输出电压值，同时输入端交流电压在85V～265V之间变化不影响无桥PFC变换器输出电压与带负载能力。电路的通态损耗减小，整机效率得以提高。
文档编号H02M7/217GK202034915SQ20112009128
公开日2011年11月9日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者刘永士, 曾昭舜 申请人:武汉诚锐电器有限公司