一种单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器的制作方法

本实用新型涉电源电路技术领域，具体涉及一种单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法。

背景技术：

在军工设备、轨道交通或户外使用环境，要求电源变换器可以在极寒(-40℃～-55℃)或者高温环境下能稳定工作并且具备高寿命高可靠性。电源变换器中的电解电容器在极寒情况下会引起变换器故障、高温环境下又严重影响变换器可靠性和使用寿命。同时复杂的电磁环境下需要电源变换器具有较强电磁抗扰度和较低的电磁干扰度，因此交流输入直流变换器交流侧功率因数校正技术是必备可少的设计需要。

现有技术主要两级变换器模式，单级反激变换器模式。两级变换器模式，包括功率因数校正电路/直流变换器使用各自控制器和功率因数校正电路/直流变换器共用控制器两种方式，两级变换器模式中的功率因数校正电路都会使用boost升压电路将交流输入稳压至直流390v作为后级直流变换器的直流母线电压使用，必然存在高压大容量电解电容器，两级变换器模式电路复杂、元器件数量多、功率因数校正器需使用大容量电解电容器进行储能；单级反激变换器模式功率等级较小，反激变换器的较大的噪声系数和较小的功率容量不能满足噪声敏感和大功率应用领域系统要求。现有的变换器存在着系统设计复杂、元器件数量种类多、成本高、重量体积大；需使用大容量电解电容器，降低系统可靠性和寿命；需要扩大容量，并联使用时不能简化输入输出滤波电路。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决现有电源变换器存在的系统设计复杂、元器件数量种类多、成本高、重量体积大；需使用大容量电解电容器，降低系统可靠性和寿命；需要扩大容量，并联使用时不能简化输入输出滤波电路的问题。

为此，本实用新型提供了一种单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法，包括桥式整流模块、п型滤波模块、第一双管正激变换模块、第二双管正激变换模块、lc滤波模块，所述桥式整流模块的输入端与交流电路输出端电连接，桥式整流模块的输出端与п型滤波模块的输入端电连接，п型滤波模块的输出端与第一双管正激变换模块的输入端电连接，п型滤波模块的输出端还与第二双管正激变换模块的输入端电连接，第一双管正激变换模块的输出端与lc滤波模块的输入端电连接，第二双管正激变换模块的输出端与lc滤波模块的输入端电连接，所述lc滤波模块的输出端为单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法的输出端。

所述第一双管正激变换模块包括初级侧开关管q11、初级侧开关管q12、二极管d11、二极管d12、变压器t11、次级侧高频整流二极管d13、次级侧高频整流二极管d14；所述初级侧开关管q11的栅极为第一控制信号vg11的输入端，初级侧开关管q11的漏极与п型滤波模块的输出端电连接，初级侧开关管q11的漏极还与二极管d11的负极电连接，初级侧开关管q11的源极与变压器t11的引脚1电连接，初级侧开关管q11的源极还与二极管d12的负极电连接，二极管d11的正极与初级侧开关管q12的漏极电连接，二极管d12的正极与初级侧开关管q12的源极电连接，初级侧开关管q12的栅极为第二控制信号vg12的输入端，初级侧开关管q12的漏极与变压器t11的引脚4电连接，变压器t11的引脚2与变压器t11的引脚3电连接，变压器t11的引脚6与接地端电连接，变压器t11的引脚5与为第三控制信号eca的输入端，变压器t11的引脚9与变压器t11的引脚12电连接，变压器t11的引脚10与次级侧高频整流二极管d13的正极电连接，次级侧高频整流二极管d13的负极与次级侧高频整流二极管d14的负极电连接，变压器t11的引脚11与次级侧高频整流二极管d14的正极电连接，次级侧高频整流二极管d14的正极还与接地端电连接，次级侧高频整流二极管d13的负极为第一双管正激变换模块的输出端；所述第一双管正激变换模块与第二双管正激变换模块的电路相同。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法，可同时满足交流输入侧的有源功率因数要求、双管正激变换器最大占空比大于50％、两相交错并联，变换器可不使用铝电解电容器，大大提高变换器高温工作寿命和低温工作性能；可以降低设计难度，元器件数量在同样功率等级情况下减少30％～40％元器件个数；无需大功率电解电容器、直流变换模块的可靠性和寿命大幅度提高；采用交错并联模式，方便容量扩展、同时简化输入输出滤波模块的设计，降低成本、减少重量体积。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法的电路图。

图2是单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法混合控制的原理图。

图3是fc交错并联变换器具体控制方式示意图。

图4是单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法开关管控制波形示意图。

图5是单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法初级电流电压图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

为了解决现有电源变换器存在的系统设计复杂、元器件数量种类多、成本高、重量体积大；需使用大容量电解电容器，降低系统可靠性和寿命；需要扩大容量，并联使用时不能简化输入输出滤波电路的问题。本实施例提供了一种如图1所示的单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法，包括桥式整流模块、п型滤波模块、第一双管正激变换模块、第二双管正激变换模块、lc滤波模块，所述桥式整流模块的输入端与交流电路输出端电连接，桥式整流模块的输出端与п型滤波模块的输入端电连接，п型滤波模块的输出端与第一双管正激变换模块的输入端电连接，п型滤波模块的输出端还与第二双管正激变换模块的输入端电连接，第一双管正激变换模块的输出端与lc滤波模块的输入端电连接，第二双管正激变换模块的输出端与lc滤波模块的输入端电连接，所述lc滤波模块的输出端为单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法的输出端。

所述第一双管正激变换模块包括初级侧开关管q11、初级侧开关管q12、二极管d11、二极管d12、变压器t11、次级侧高频整流二极管d13、次级侧高频整流二极管d14；所述初级侧开关管q11的栅极为第一控制信号vg11的输入端，初级侧开关管q11的漏极与п型滤波模块的输出端电连接，初级侧开关管q11的漏极还与二极管d11的负极电连接，初级侧开关管q11的源极与变压器t11的引脚1电连接，初级侧开关管q11的源极还与二极管d12的负极电连接，二极管d11的正极与初级侧开关管q12的漏极电连接，二极管d12的正极与初级侧开关管q12的源极电连接，初级侧开关管q12的栅极为第二控制信号vg12的输入端，初级侧开关管q12的漏极与变压器t11的引脚4电连接，变压器t11的引脚2与变压器t11的引脚3电连接，变压器t11的引脚6与接地端电连接，变压器t11的引脚5与为第三控制信号eca的输入端，变压器t11的引脚9与变压器t11的引脚12电连接，变压器t11的引脚10与次级侧高频整流二极管d13的正极电连接，次级侧高频整流二极管d13的负极与次级侧高频整流二极管d14的负极电连接，变压器t11的引脚11与次级侧高频整流二极管d14的正极电连接，次级侧高频整流二极管d14的正极还与接地端电连接，次级侧高频整流二极管d13的负极为第一双管正激变换模块的输出端。

所述第一双管正激变换模块与第二双管正激变换模块的电路相同。

另外，需要说明的是，桥式整流模块、п型滤波模块、lc滤波模块，具体电路在图1所示电路中，均有体现，其中，桥式整流模块d1二极管组成，п型滤波模块主要由薄膜电容器c11、c12,电感l1组成，lc滤波模块主要由电感lout、电容cout组成，其电路搭建，均为本领域常用电路，本实施例不再详述。

上述单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法的具体工作过程是:

1、对于桥式整流模块，不带大容量铝电解电容器，220v单相交流电经过桥式整流模块输出100hz半波正弦电压，带п型滤波模块满足功率因数和电流谐波标准要求；采样半波正弦电压、桥式整流模块电流送至控制电路。

2、对于两路双管正激变换模块：采样输出电压与输出电压基准值送至电压环补偿器(pid调节器)。

3、采样变压器t11、t21初级侧高频脉冲电压，同1)所采集桥式整流模块输出半波正弦电压送至控制电路。

4、图1说明了混合控制方法的基本思想：基于变压器的伏秒平衡原理，100hz半波正弦电压与变压器初级电流峰值采样成正比，电流波形为三角波载波，初级平均电流包络为半波正弦，该平均电流值与100hz半波正弦电压成正比，并且精确跟踪100hz半波正弦电压，获得输入电流正弦波形。在电网电压峰值、负载轻载时、输入平均电压最小或最大时。

5、图2说明了单级功率因数校正式交错并联双管正激变换模块及其混合控制方法的具体控制方式：输出电压采样值vo与基准电压求和，经pid控制后同100hz半波正弦电压采样送入乘法器；两路变压器电流采样同前述的乘法器输出求和产生可变频变宽的两路调制信号，分别送至两路双管正激变换模块的开关管控制端。此处的具体的控制方法依据5.4的混合控制方法的基本思想，变压器初级电流精确跟踪输入电压后，产生相差180°的脉冲波形，乘法器和pid控制分别综合和控制输入输出参数变化下的变频与变宽。

6、图3为交错并联双管正激变换模块开关管控制波形。由于变压器初级电流采样可以精确的跟踪输入正弦波形，两路相位控制函数为差分调制，可控制频率与相位保持一致。

7、图4交错并联时两路变压模块初级电流电压和两者之和，两个电流相加之后幅值变小，频率变为2倍。

总上所述，该单级功率因数校正式交错并联双管正激变换器及其混合控制方法，可同时满足交流输入侧的有源功率因数要求、双管正激变换器最大占空比大于50％、两相交错并联，变换器可不使用铝电解电容器，大大提高变换器高温工作寿命和低温工作性能；可以降低设计难度，元器件数量在同样功率等级情况下减少30％～40％元器件个数；无需大功率电解电容器、直流变换模块的可靠性和寿命大幅度提高；采用交错并联模式，方便容量扩展、同时简化输入输出滤波模块的设计，降低成本、减少重量体积。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。