交错PFC功率变换电路的制作方法

本实用新型涉及电路技术，尤其涉及一种交错功率因数矫正(Power Factor Correction，简称：PFC)功率变换电路。

背景技术：

在高频化大功率整流器以及不间断电源系统(英文：Uninterruptible Power System，简称，UPS)中，交流输入经常用到PFC功率变换技术，即将三相交流电压经过高频脉宽调制使其转换为输出高压的直流电压，为后级的直流斩波器或逆变器电路供电。

随着电力电子装置功率等级的提高，变换器对功率器件的电压电流应力提出了越来越高的要求，为了顺应这种趋势，功率半导体厂商向着大容量的方向发展，将大通态电流，低导通电阻的器件投放市场，如CoolMOS、IGBT等大功率开关管。传统的设备厂商在设计PFC功率变换电路时通常应用几个低容量开关管并联使用的方式来扩充容量，由于开关管的电流特性，容易造成输出的电流波纹较大。

技术实现要素：

本实用新型提供一种交错PFC功率变换电路，减少了输入输出电流的波纹。

本实用新型提供一种交错PFC功率变换电路，包括：

三线输入端、数字信号处理DSP电路、三组开关电路以及与所述开关电路对应的滤波电路；

所述滤波电路包括接地端；所述DSP电路包括输入电流采样端、输入电压采样端、驱动输出端和输出采样端；

所述三线输入端分别与所述开关电路的输入端、所述输入电流采样端和所述输入电压采样端连接；

所述开关电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接；所述开关电路与所述驱动输出端连接；所述滤波电路的输出端与所述输出采样端连接；

每组所述开关电路包括两个开关管和四个二极管，所述两个开关管和所述四个二极管并联，所述两个开关管和所述四个二极管的输入端与所述三线输入端的输出端连接，所述两个开关管和所述四个二极管的输出端与所述滤波电路的输入端连接，每个所述开关管的驱动端均与所述驱动输出端连接。

在本实用新型一实施例中，所述DSP电路用于控制每组所述开关电路中的两个开关管交错导通与关断。

在本实用新型一实施例中，每组所述开关电路中的两个开关管的导通时间与关断时间相同。

在本实用新型一实施例中，所述三线输入端包括三个输入端、三个升压电感和三个自耦变压器，其中，每个所述输入端连接一个所述升压电感，每个所述升压电感连接一个所述自耦变压器的输入端，所述自耦变压器包括两个输出端，每个所述自耦变压器的输出端连接所述开关电路中的一个所述开关管的一端和两个所述二极管的一端。

在本实用新型一实施例中，所述滤波电路包括两个滤波电容，每个所述滤波电容的一端与所述接地端连接，且每个所述滤波电容的另一端与所述输出采样端连接。

在本实用新型一实施例中，所述DSP电路用于校正所述PFC功率变换电路的输入功率因数。

本实用新型提供一种交错PFC功率变换电路，包括三线输入端、数字信号处理DSP电路、三组开关电路以及与开关电路对应的滤波电路；滤波电路包括接地端；DSP电路包括输入电流采样端、输入电压采样端、驱动输出端和输出采样端；每组开关电路包括两个开关管和四个二极管，两个开关管和四个二极管并联，两个开关管和四个二极管的输入端与三线输入端的输出端连接，两个开关管和四个二极管的输出端与滤波电路的输入端连接，每个开关管的驱动端均与驱动输出端连接。本实用新型提供的交错PFC功率变换电路，减少了输入输出电流的波纹。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型交错PFC功率变化电路实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型开关电路工作状态一的示意图；

图3为本实用新型开关电路工作状态二的示意图；

图4为本实用新型开关电路工作状态三的示意图；

图5为本实用新型开关电路工作状态四的示意图；

图6为本实用新型输入电流波纹示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本实用新型交错PFC功率变化电路实施例一的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供的PFC功率变化电路包括：三线输入端、数字信号处理DSP电路、三组开关电路以及与开关电路对应的滤波电路；滤波电路包括接地端；DSP电路包括输入电流采样端、输入电压采样端、驱动输出端和输出采样端；三线输入端分别与开关电路的输入端、输入电流采样端和输入电压采样端连接；开关电路的输出端与滤波电路的输入端连接；开关电路与驱动输出端连接；滤波电路的输出端与输出采样端连接；每组开关电路包括两个开关管和四个二极管，两个开关管和四个二极管并联，两个开关管和四个二极管的输入端与三线输入端的输出端连接，两个开关管和四个二极管的输出端与滤波电路的输入端连接，每个开关管的驱动端均与驱动输出端连接。

本实用新型实施例提供的交错PFC功率变换电路，由三组开关电路并联组成的PFC电路，并通过DSP电路调节开关电路，使得每个变换器的开关管交错导通，即在开关周期内的开通时刻依次滞后一定时间，从而使每个变换器中流过的电流也呈现交错状态。从而减小输入电流纹波和输出电容纹波电流的有效值，并提升电路的功率等级。

同时，本实用新型实施例提供的交错PFC功率变换电路的输入端为三线输入端，电路中不包括中线，不仅能够实现较高的功率因素，还能利用交错并联技术有效实现高功率容量输出。降低了电路对开关管电流应力的要求，有利于器件的选择。由于多个开关管错时分担输入电流，提高了输入电流纹波频率，减小了输入纹波电流幅值，有利于滤波电路的设计和减小开关损耗。交错PFC功率变换电路可以工作在较高频率，从而减小变压器和电感的体积，并且减小电源的体积。

进一步地，DSP电路用于控制每组开关电路中的两个开关管交错导通与关断。

每组开关电路中的两个开关管的导通时间与关断时间相同。

进一步地，三线输入端包括三个输入端、三个升压电感和三个自耦变压器，其中，每个输入端连接一个升压电感，每个升压电感连接一个自耦变压器的输入端，自耦变压器包括两个输出端，每个自耦变压器的输出端连接开关电路中的一个开关管的一端和两个二极管的一端。

滤波电路包括两个滤波电容，每个滤波电容的一端与接地端未悬空的一端连接，且每个滤波电容的另一端与输出采样端连接。

DSP电路用于校正PFC功率变换电路的输入功率因数。

如图1所示，本实施例交错PFC功率变化电路具体为：

三线输入端包括三个输入端：IN-1、IN-2和IN-3、三个升压电感L1、L2和L3以及三个自耦变压器：第一自耦变压器T1，T2、第二自耦变压器T3，T4和第三自耦变压器T5，T6。其中，每个输入端连接一个升压电感，如图：IN-1与L1的一端连接，IN-2与L2的一端连接，IN-3与L3的一端连接。每个升压电感连接自耦变压器的输入端，如图：L1的另一端与第一自耦变压器的输入端T1和T2连接，L2的另一端与第二自耦变压器T3和T4的输入端连接，L3的另一端与第三自耦变压器的输入端T5和T6连接。每个自耦变压器包括两个输出端，一个输出端与开关电路中的一个开关管的一端和两个二极管的一端连接，如图：第一自耦变压器T1一侧的输出端分别连接二极管D1的正极、二极管D2的负极和开关管S1的一端，第一自耦变压器T2的一侧的输出端分别连接二极管D3的正极、二极管D4的负极和开关管S2的一端。第二自耦变压器T3一侧的输出端分别连接二极管D5的正极、二极管D6的负极和开关管S3的一端，第二自耦变压器T4的一侧的输出端分别连接二极管D7的正极、二极管D8的负极和开关管S4的一端。第三自耦变压器T5一侧的输出端分别连接二极管D9的正极、二极管D10的负极和开关管S5的一端，第三自耦变压器T6的一侧的输出端分别连接二极管D11的正极、二极管D12的负极和开关管S6的一端。与开关电路对应的滤波电路包括两个滤波电容，如图，第一滤波电路C1和C2，第二滤波电路C3和C4，第三滤波电路C5和C6。每个滤波电容C1-C6的一端接地端GND连接，每个滤波电容C1-C6的另一端与DSP电路的输出采样端连接。此外，开关管S1的另一端连接接地端，二极管D1的负极连接输出采样端并通过C1接地，二极管D2的正极连接输出采样端并通过C2接地；开关管S2的另一端连接接地端，二极管D3的负极连接输出采样端并通过C1接地，二极管D4的正极连接输出采样端并通过C2接地；开关管S3的另一端连接接地端，二极管D5的负极连接输出采样端并通过C3接地，二极管D6的正极连接输出采样端并通过C4接地；开关管S4的另一端连接接地端，二极管D7的负极连接输出采样端并通过C3接地，二极管D8的正极连接输出采样端并通过C4接地；开关管S5的另一端连接接地端，二极管D9的负极连接输出采样端并通过C5接地，二极管D10的正极连接输出采样端并通过C6接地；开关管S6的另一端连接接地端，二极管D11的负极连接输出采样端并通过C5接地，二极管D12的正极连接输出采样端并通过C6接地。DSP电路的输入电流采样端和输出电流采样端连接三个输入端IN-1、IN-2和IN-3。DSP电路的驱动输出端连接所有开关管S1-S6的驱动端，其中，图中开关管S1-S6包括背靠背的两个开关管，如图，S1中两个开关管的栅极与驱动输出端连接，S2中两个开关管的栅极与驱动输出端连接，S3-S6类似，DSP驱动输出端通过开关管实现开关电路的双向导通。此外，图中IN-1，IN-2，IN-3是三相交流输入电压，DC+，DC-是高压直流输出，该电路的控制及采样地为接地端GND。所述DSP电路用于校正所述PFC功率变换电路的输入功率因数，方便对输出电压、输入电压进行采样、控制，获得良好的输入谐波指标。

可选地，开关管为大功率MOS(Metal Oxide Semiconductor)管。

可选地，接地端GND接地的方式为一端悬空。

本实施例交错PFC功率变换电路工作模式与传统PFC功率变换电路相比，传统PFC功率变换电路工作模式是三个单相升压电路的并联，而本实施例交错PFC功率变换电路具有输入电流纹波小，流过开关管的电流有效值小，不仅能够实现较高的功率因数，还能利用交错并联技术，有效实现高功率容量输出。降低了电路对开关管电流应力的要求，有利于器件的选择。由多个开关管错时分担输入电流，提高了输入电流纹波频率，减小了输入纹波电流幅值，有利于滤波电路的设计和减小开关损耗。

具体地，为了方便描述本实施例交错PFC功率变换电路工作状态，以三线输入端的IN-1输入A相相电压为例，图2为本实用新型开关电路工作状态一的示意图；图3为本实用新型开关电路工作状态二的示意图；图4为本实用新型开关电路工作状态三的示意图；图5为本实用新型开关电路工作状态四的示意图。三线输入端的IN2和IN3工作原理与实现方式相同，不再赘述。

具体地，在图2所示工作状态一的时段，开关管S1闭合，开关管S2断开，此时可以设置自耦变压器的原副边绕组的匝数比相同，输入电流分成两路大小相同的电流流入T1和T2，一路经过开关S1，另一路经过D3流向母线电容。由变压器的磁耦合作用，原边绕组T1上的磁通量经过一定的变比，耦合到副边绕组T2上。具体地，当输入电流的交流电电位为正的时刻，输入电流经过L1和第一自耦变压器的T2，由于D3和D4的导通特性，D3的正极电位高于D3的负极电位，D4的正极电位低于D4的负极电位，则D3导通，D4不导通，交流电经过D3后被电容C1转换为正电位的直流电，通过DC+输出；当输入电流的交流电电位为负的时刻输入电流经过L1和第一自耦变压器T2，此时D4导通，D3不导通，交流电经过D4后被电容C2转换为负电位的直流电，通过DC-输出。

在图3所示的工作状态二的时段，开关管S1和开关管S2都断开，当S1断开时，S2仍保持着关断的状态，输入电流分成两路大小相同的电流流入T1和T2，经过整流二极管，流向母线电容。升压电感L存储能量。具体地，输入电流同时经过第一自耦变压器的T1和T2，当输入电流的交流电电流为正的时刻，D1导通、D2不导通、D3导通、D4不导通，交流电经过D1和D3后被电容C1转换为正电位的直流电，通过DC+输出；当输入电流的交流电电流为负的时刻，D1不导通、D2导通、D3不导通、D4导通，交流电经过D2和D4后被电容C2转换为负电位的直流电，通过DC-输出。

在图4所示的工作状态三的时段，开关管S1断开，开关管S2闭合，由于电路拓扑的对称性，状态三与状态一的工作原理与实现方式相同，不再赘述。

在图5所示的工作状态四的时段，开关管S1和开关管S2都断开，由于电路拓扑的对称性，状态四与状态二的工作原理与实现方式相同，不再赘述。

本实施例交错PFC功率变换电路中的DSP电路通过驱动输出端控制开关电路中开关管的断开与闭合，每组开关电路的工作状态为图2至图5所示的工作状态一到工作状态四依次循环，并且优选地，每个开关管的导通时间与关断时间相同。从而实现开关电路的交错工作，能利用交错并联技术有效实现高功率容量输出。降低了电路对开关管电流应力的要求，有利于器件的选择。由于多个开关管错时分担输入电流，提高了输入电流纹波频率，减小了输入纹波电流幅值。

图6为本实用新型输入电流波纹示意图。如图6所示，当开关管导通时间与关断时间相同，即开关管的导通时间与工作时间之比等于0.5时，输入电流纹波最小，相对平滑。当开关管的导通时间与关断时间相同，即开关管的导通时间与工作时间之比小于或大于0.5时，输入电流纹波逐渐增大。如图6所示，横坐标为输入电流的相位角，图中标号为1的圆滑曲线为半个周期的输入电压，输入电流为标号为2的波纹状曲线，随着电压的变化而变化，而在图中横线处的电流波纹最小，相对平滑，输出的交流电也相对平滑。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。