专利名称：一种利用削峰填谷消除工频纹波的功率因数校正变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种消除功率因数校正变换器エ频纹波的方法及其装置，尤其涉及消除エ频纹波的AC/DC，隔离和非隔离式开关变换方法。
背景技术：
近年来，电カ电子技术迅速发展，作为电カ电子领域重要组成部分的电源技术逐渐成为应用和研究的热点。电源作为各种电子设备必不可少的组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统安全性和可靠性的高低。随着电力电子器件制造技术和变流技术的进步，开关电源以其高效率、高功率密度等优点确立了其在电源领域中的主流地位。开关电源多数是通过整流器接入电网的，传统的整流器是由ニ极管或晶闸管组成的ー个非线性电路。因此，传统的开关电源存在ー个致命的弱点，即功率因数较低(一般仅为0. 45 0. 75)， 它在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率进而污染电网，目前开关电源现已成为电网中最主要的谐波源之一。针对高次谐波的危害，从1992年起国际上开始以立法的形式限制高次谐波，传统整流器因谐波远远超标而面临前所未有的挑战。抑制开关电源产生谐波的方法主要有两种一是被动法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或消除谐波；ニ是主动法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低以及功率因数高等特点，即具有功率因数校正功能。开关电源功率因数校正研究的重点，主要是功率因数校正电路拓扑的研究和功率因数校正控制集成电路的开发。现有BucKBoost.Buck-Boost等多种功率因数校正电路拓扑结构。功率因数校正控制集成电路负责检测变换器的工作状态，并产生脉冲信号控制开关装置，调节传递给负载的能量以稳定输出；同时保证开关电源的输入电流跟踪电网输入电压，实现接近于I的功率因数。传统的有源功率因数校正变换器其直流输出电压包含有二倍エ频纹波，若二倍エ频输出电压纹波被引入功率因数校正控制器中，会使功率因数校正变换器的输入电流含有三次谐波电流成分，降低了功率因数校正变换器的输入功率因数。因此传统有源功率因数校正变换器的直流输出电压反馈控制环截止频率低(一般仅为10 20Hz)，这严重影响功率因数校正变换器对负载变化的动态响应能力。此外，由于有源功率因数校正变换器的直流输出电压纹波较大，需在功率因数校正变换器输出端再接ー个DC/DC变换器来提高负载直流输出电压的稳态精度和对负载变化的动态响应能力。在传统高功率因数的应用电路中，输入电流严格跟踪输入交流电压，交流输入侧的输入功率也是变化的，其变化频率为交流输入电压频率的两倍，经过功率变换后，直流输出端滤波器上会有两倍エ频纹波；且高功率因数的AC/DC变换器带宽小、动态性能差，输出纹波通常是额定输出的2% 20%。
实用新型内容本实用新型的目的是提供ー种利用削峰填谷消除エ频纹波的功率因数校正变换器，使其动态响应性能好、效率高，适用于各种拓扑结构的単相PFC变换器。其中双向DC/DC变换器能量缓冲装置电压反馈的方法，还可用在消除输入电流含有二倍エ频纹波的DC/AC转换器中，用来设定双向DC/DC变换器能量缓冲装置上的平均电压值。其具体实现方式为利用削峰填谷消除エ频纹波的功率因数校正变换装置，由滤波整流器，単相PFC变换器等组成，在AC/DC単相PFC变换器中并入ー个额外的双向DC/DC变换器，単相PFC变换器的直流输出电容Cl连接到双向DC/DC变换器的输入端，并与负载R并联；双向DC/DC变换器的另一端接能量缓冲电容C2。
图I为本实用新型的系统结构框图。图2为本实用新型实施案例一，一种隔离型AC/DC恒流输出变换器电路结构示意图。图3，4本实用新型为实施例一的仿真波形，仿真条件输入电压110Vac/50Hz，300mA恒流负载。flyback PFC工作在临界连续导电模式，采用电压模式控制；纹波补偿双向DC/DC变换器采用Buck-Boost结构，控制方式为电压模式控制。图3为稳态情况下，双向DC/DC变换器输出电压储能电容C2上的电压Vout in C2、単相PFC变换器输出电容Cl上的电压Vout in Cl、以及最终负载电流I_out。可见由于双向变换器输出电容C2储存和释放能量，C2上形成了二倍エ频纹波，而与负载R并联的电容Cl上得到了稳定的直流输出电压。图4为满负载情况下交流输入电压Vin_ac与交流输入电流Iin_ac的波形，可见输入电流Iin_ac很好的跟踪了输入电压Vin_ac。图5为本实用新型实施案例ニ，ー种非隔离型DC/AC恒压输出变换器电路结构示意图。
具体实施方式
图I中可看到本实用新型的基本方案，利用削峰填谷消除エ频纹波的功率因数校正变换器，由滤波整流器，単相PFC变换器等组成，其特征在干，在AC/DC単相PFC变换器(单级AC/DC)中并入ー个额外的双向DC/DC变换器，単相PFC变换器的直流输出电容Cl连接到双向DC/DC变换器的输入端，并与负载R并联；双向DC/DC变换器的另一端接能量缓冲电容C2。实施例一图2示出，本实用新型的ー种具体实施方式
为，一种开关电源的控制方法，采用隔离型AC/DC恒流输出的变换方式，其具体作法是交流输入Vac经过EMI和整流桥Dbridge,接flyback电路。通过单级具有PFC功能的flyback变换器，其直流输出电容Cl的上端接LED串的上端，LED串的下端接电流检测电阻RS，RS的下端接Cl的下端。单相flyback PFC变换器直流输出电容Cl与双向Buck-Boost DC/DC变换器具有升压输出的输入端并联，储能电容C2接双向Buck-BoostDC/DC变换器的降压输出端。単相flyback PFC变换器工作于临界连续导电模式。Vrefl是相对于Vout-的參考电压，作为恒流输出的设定值，Rs用来检测流过LED灯的电流，电流检测电压Vrs与Vrefl进入环路控制模块，通过误差放大器EAl，光耦隔离到SPFC控制器，通过调制形成开关管Ql的控制脉冲信号。双向Buck-Boost变换器也以Vr s作为反馈信号并与设定值Vrefl进入误差放大器EA1，Re与Ce是双向DC/DC变换器的环路补偿网络。Vref2是相对于Vout-的參考电压，用来设定储能电容C2上的稳态平均电压，C2上的电压与Vref2通过误差放大器EA2后与EAl共用环路补偿网络。控制器根据补偿网络输出信号形成开关管Q2，Q3的脉冲控制信号。实施例ニ图5示出，本实用新型的ー种具体实施方式
为，一种开关电源的控制方法，采用非隔离型DC/AC恒压输出的变换方式，其具体作法是直流输入El接Boost升压电路的电感LI，由LI、Ql、Q2组成非隔离升压电路。Vrefl是相对于Vout-的參考电压，用来设定逆变器的前级电容Cl上的直流电压Vout+。Vout+与Vrefl通过误差放大器EA产生占空比控制电平信号，经过控制器I的调制形成开关管Q1、Q2的脉冲控制信号。电容Cl接双向DC/DC变换器的输入端(降压端)，双向DC/DC变换器的输出端接储能电容C2。Vout+与Vrefl通过误差放大器EAl产生占空比控制电平信号，接环路补偿网络Re、Ce。Vref2是相对于Vout-的參考电压，用来设定储能电容C2上的直流电压VC2，VC2与Vref2通过误差放大器EA2产生占空比控制电平信号，并与EAl的输出共用补偿网络。经过控制器2的调制形成开关管Q3、Q4的脉冲控制信号。
权利要求1.一种利用削峰填谷消除工频纹波的功率因数校正变换器，由滤波整流器，单相PFC变换器等组成，其特征在于，在AC/DC单相PFC变换器中并入一个额外的双向DC/DC变换器，单相PFC变换器的直流输出电容Cl连接到双向DC/DC变换器的输入端，并与负载R并联；双向DC/DC变换器的另一端接能量缓冲电容C2。
专利摘要本实用新型公开了一种利用削峰填谷消除工频纹波的功率因数校正变换器，由滤波整流器，单相PFC变换器等组成，在AC/DC单相PFC变换器中并入一个额外的双向DC/DC变换器，单相PFC变换器的直流输出电容C1连接到双向DC/DC变换器的输入端，并与负载R并联；双向DC/DC变换器的另一端接能量缓冲电容C2。本实用新型实现了消除功率因数校正变换器工频纹波电压或者纹波电流的问题，克服了使用大容量电容来降低功率因数校正变换器工频纹波而引起的成本高和使用级联的两级变换器带来效率低等问题。
文档编号H02M1/42GK202406018SQ201220010069
公开日2012年8月29日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者张斐, 许建平, 阎铁生, 高建龙 申请人:西南交通大学