降压型AC―DC变换器的拓扑结构及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种降压型AC―DC变换器的拓扑结构及其控制方法，所述拓扑结构包括输入交流电源、单相整流桥、LC滤波器和负载，输入交流电源和单相整流桥相连，单相整流桥和LC滤波器相连，其特点是另设有辅助校正器、降压型DC‑DC变换器和控制器，LC滤波器和辅助校正器相连，辅助校正器和降压型DC‑DC变换器相连，辅助矫正器上设有开关管，降压型DC‑DC变换器上设有开关管，开关管的控制极和控制器的第一驱动器相连，开关管的控制极和控制器上的第二驱动器相连。本发明专利技术不但能起到AC‑DC降压变换，而且兼具输入电流的PFC功能，减少功率损耗，提高设备变换效率，输入侧的功率因数校正PFC效果得到显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改进的降压型电路结构及其控制方法，尤其涉及一种能有效提高设备输入功率因数、抑制谐波污染、实现AC-DC降压变换的拓扑结构。
技术介绍
在直流电源设备中常需要将220V交流电源变换成某种低压直流电源，传统做法是将该交流电源经二极管整流、滤波后再通过DC-DC降压变换来实现的。但这种方法会使得直流电源设备的输入功率因数很低，并对电网造成谐波污染，从而有悖于当今时代对用电设备的高功率因数、低谐波污染等的要求。图1是传统降压型AC-DC变换器的一种拓扑结构，图2是该变换器的输入电流波形，图3是图2输入电流的频谱。由图2可以看出，该输入电流波形在过零点附近有严重交越失真，其波峰、波谷不是正弦形包络线，而是平顶、平底线。据该文献报道，其输入电流波形的总谐波电流失真(THD)为7％，功率因数校正(PFC)为99.5％。显然，这些指标都不太理想。传统技术存在上述缺陷的根本原因在于，当电网电压(比如过零点附近的电压)低于直流电源的输出电压时，网侧的电能，亦即图1中电容C1上的电荷无法传输到直流电源的输出端，即C2的两端。所以电容C1上有残留电荷，这就破坏了电容C1按正弦规律传递瞬时功率的效能，致使输入电流里产生了3、5、7、…等奇数次谐波，从而影响到输入电流波形的质量。因此，针对现有技术的不足，设计出一种能有效提高设备输入功率因数、抑制谐波污染、实现AC-DC降压变换的拓扑结构是具有意义的技术课题。
技术实现思路
本专利技术提出一种改进的降压型AC―DC变换器拓扑结构及其控制方法，旨在改善变换器输入电流波形质量，达到既提高PFC值，又降低THD，从而减少对电网的谐波污染。本专利技术的上述目的将通过以下技术方案来实现：一种改进的降压型AC―DC变换器的拓扑结构，包括输入交流电源，单相整流桥，LC滤波器和负载，所述单相整流桥包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入交流电源的两个输出端分别连接至单相整流桥的第一输入端和第二输入端；所述LC滤波器包括电感L1和电容C1，另设有
辅助校正器，降压型DC-DC变换器和控制器，所述辅助校正器包括电感L3和开关管Q2，所述降压型DC-DC变换器包括电感L2、开关管Q1、二极管D5和电容C2，所述控制器包括输入端信号、PI调节器、限幅装置、比较器、第一驱动器和第二驱动器，所述输入端信号与PI调节器的综合输入端相连，PI调节器的输出端与限幅装置的输入端相连，限幅装置的输出端与比较器的正输入端相连，比较器的输出端与第一驱动器和第二驱动器相连；所述单相整流桥的第一输出端与LC滤波器的电感L1的一端相连接，所述电感L1的另一端与电容C1的一端、电感L3的一端、二极管D5的阴极、电感L2的一端相连接于节点e；电感L2的另一端与电容C2的一端、负载R的一端相连接于节点f，单相整流桥的第二输出端与电容C1的另一端、开关管Q2的发射极、开关管Q1的发射极相连接，开关管Q2的集电极与电感L3的另一端相连接，开关管Q1的集电极与二极管D5的阳极、电容C2的另一端、负载R的另一端相连接于节点g，开关管Q1的控制极与第一驱动器相连接，开关管Q2的控制极与第二驱动器相连接，设置于电感L1任意一端的检测元件的输出端连接至控制器的输入端信号与PI调节器之间的综合信号输入端；或者，所述开关管Q1的发射极与电感L2远离负载R的那一端、二极管D5的阴极连接，开关管Q1的集电极与电感L1远离单相整流桥的那一端、电感L3远离开关管Q2的那一端、电容C1靠近电感L1的那一端相连接与节点e；或者，开关管Q2的发射极与电感L3远离单相整流桥的那一端相连接，开关管Q2的集电极与电感L1远离单相整流桥的那一端、电容C1靠近电感L1的那一端、电感L2远离负载R的那一端、二极管D5的阴极连接于节点e；或者，开关管Q2的发射极与电感L3远离单相整流桥的那一端相连接，开关管Q1的发射极与电感L2远离负载R的那一端、二极管D5的阴极连接，开关管Q1和开关管Q2的集电极相连，并与电感L1远离单相整流桥的那一端、电容C1靠近电感L1的那一端相连接于节点e。进一步地，上述的一种降压型AC―DC变换器的拓扑结构，其中：所述单相整流桥包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1的阳极与二极管D3的阴极相连接于第一输入端，二极管D2的阳极与二极管D4的阴极相连接于第二输入端，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极相连接于第一输出端，二极管D3的阳极与二极管D4的阳极相连接于第二输出端。更进一步地，上述的一种降压型AC―DC变换器的拓扑结构，其中：所述电感L1的任
意一侧设有检测元件，检测元件的输出端连接至控制器的PI调节器的综合输入端。再进一步地，上述的一种降压型AC―DC变换器的拓扑结构，其中：所述开关管Q1和开关管Q2采用等效开关替代，所述等效开关包括开关管、第一二极管和第二二极管，开关管的发射极与第一二极管的阳极相连，第一二极管的阴极与后端相连，另，开关管的发射极和集电极之间并联有第二二极管，第二二极管的阳极与发射极相连，第二二极管的阴极与集电极相连。此外，本专利技术还公开了一种降压型AC―DC变换器的控制方法，采用前述的降压型AC―DC变换器的拓扑结构，按以下步骤进行操作：首先将输入端信号iin＝Uin/r作为电流参考值，该参考值经取绝对值后，将负半周电流变成正电流，它加上直流电流偏移量iDC后再减去电感L1经检测元件输出的电流信号，然后进入PI调节器的综合输入端，PI调节器的输出经限幅装置限幅作用后进入比较器的正输入端，比较器CP的负输入端接等腰三角载波，两者比较后生成的信号通过第一驱动器生成第一脉冲列，用于驱动开关管Q1，所述比较器生成的信号输出脉冲还通过第二驱动器生成第二脉冲列，用于驱动开关管Q2。本专利技术突出的实质性特点和显著的技术进步体现为：交流电压源Uin通过本专利技术拓扑结构变换后，不但能起到AC-DC降压变换，而且兼具了输入电流的PFC功能，整个变换过程中都是朝降压方向变化，可以减少功率损耗，提高设备变换效率。特别是本专利技术变换器的输入电流波形正弦度高，总谐波电流失真THD小，输入侧的功率因数校正PFC效果得到显著提高。附图说明图1传统降压型AC-DC变换器；图2传统降压型AC-DC变换器的输入电流波形；图3传统降压型AC-DC变换器的输入电流频谱；图4本专利技术一种改进的降压型AC-DC变换器的拓扑结构；图5本专利技术拓扑结构的控制方式；图6本专利技术变换器的输入电流波形i；图7本专利技术变换器的输入电流频谱；图8本专利技术一种降压型AC-DC变换器的拓扑结构的第一种变形结构；图9本专利技术一种降压型AC-DC变换器的拓扑结构的第二种变形结构；图10本专利技术一种降压型AC-DC变换器的拓扑结构的第三种变形结构；图11等效开关管示意图。图中，各附图标记的含义为：1—输入交流电源Uin，2—单相整流桥，3—LC滤波器，4—辅助校正器，5—降压型DC-DC变换器，6—负载，7—控制器。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步详述，以使本专利技术技术方案更易于理解和掌握。本专利技术一种改进的降压型AC―DC变换器的拓扑结构如图4所示，包括输入交流电源Uin1，单相整流桥2，LC滤波器3，辅助校本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降压型AC―DC变换器的拓扑结构，包括输入交流电源，单相整流桥，LC滤波器和负载，所述单相整流桥具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入交流电源的两个输出端分别连接至单相整流桥的第一输入端和第二输入端；所述LC滤波器包括电感L1和电容C1，所述单相整流桥包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1的阳极与二极管D3的阴极相连接于单向整流桥的第一输入端，二极管D2的阳极与二极管D4的阴极相连接于单向整流桥的第二输入端，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极相连接于第一输出端，二极管D3的阳极与二极管D4的阳极相连接于第二输出端，其特征在于：所述拓扑结构设有辅助校正器，降压型DC‑DC变换器和控制器，所述辅助校正器包括电感L3和开关管Q2，所述降压型DC‑DC变换器包括电感L2、开关管Q1、二极管D5和电容C2，所述控制器包括输入端信号、PI调节器、限幅装置、比较器、第一驱动器和第二驱动器，所述输入端信号与PI调节器的综合输入端相连，PI调节器的输出端与限幅装置的输入端相连，限幅装置的输出端与比较器的正输入端相连，比较器的输出端与第一驱动器和第二驱动器相连；所述单相整流桥的第一输出端与LC滤波器的电感L1的一端相连接，所述电感L1的另一端与电容C1的一端、电感L3的一端、二极管D5的阴极、电感L2的一端相连接于节点e，电感L2的另一端与电容C2的一端、负载的一端相连接于节点f，单相整流桥的第二输出端与电容C1的另一端、开关管Q2的发射极、开关管Q1的发射极相连接于节点d，开关管Q2的集电极与电感L3的另一端相连接，所述开关管Q1的集电极与二极管D5的阳极、电容C2的另一端、负载的另一端相连接于节点g；所述开关管Q1的控制极与第一驱动器相连接，开关管Q2的控制极与第二驱动器相连接；所述电感L1的任意一侧设有检测元件，该检测元件的输出端连接至控制器的PI调节器的综合输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种降压型AC―DC变换器的拓扑结构，包括输入交流电源，单相整流桥，LC滤波器和负载，所述单相整流桥具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入交流电源的两个输出端分别连接至单相整流桥的第一输入端和第二输入端；所述LC滤波器包括电感L1和电容C1，所述单相整流桥包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1的阳极与二极管D3的阴极相连接于单向整流桥的第一输入端，二极管D2的阳极与二极管D4的阴极相连接于单向整流桥的第二输入端，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极相连接于第一输出端，二极管D3的阳极与二极管D4的阳极相连接于第二输出端，其特征在于：所述拓扑结构设有辅助校正器，降压型DC-DC变换器和控制器，所述辅助校正器包括电感L3和开关管Q2，所述降压型DC-DC变换器包括电感L2、开关管Q1、二极管D5和电容C2，所述控制器包括输入端信号、PI调节器、限幅装置、比较器、第一驱动器和第二驱动器，所述输入端信号与PI调节器的综合输入端相连，PI调节器的输出端与限幅装置的输入端相连，限幅装置的输出端与比较器的正输入端相连，比较器的输出端与第一驱动器和第二驱动器相连；所述单相整流桥的第一输出端与LC滤波器的电感L1的一端相连接，所述电感L1的另一端与电容C1的一端、电感L3的一端、二极管D5的阴极、电感L2的一端相连接于节点e，电感L2的另一端与电容C2的一端、负载的一端相连接于节点f，单相整流桥的第二输出端与电容C1的另一端、开关管Q2的发射极、开关管Q1的发射极相连接于节点d，开关管Q2的集电极与电感L3的另一端相连接，所述开关管Q1的集电极与二极管D5的阳极、电容C2的另一端、负载的另一端相连接于节点g；所述开关管Q1的控制极与第一驱动器相连接，开关管Q2的控制极与第二驱动器相连接；所述电感L1的任意一侧设有检测元件，该检测元件的输出端连接至控制器的PI调节器的综合输入端。2.根据权利要求1所述的降压型AC―DC变换器的拓扑结构，其特征在于：所述开关管Q1的等效电路包括开关管、第一二极管和第二二极管，开关管的发射极与第一二极管的阳极相连，第一二极管的阴极与后端相连，另，开关管的发射极和集电极之间并联有第二二极管，第二二极管的阳极与发射极相连，第二二极管的阴极与集电极相连。3.根据权利要求1所述的降压型AC―DC变换器的拓扑结构，其特征在于：所述开关管Q2的等效电路包括开关管、第一二极管和第二二极管，开关管的发射极与第一二极管的阳极相连，第一二极管的阴极与后端相连，另，开关管的发射极和集电极之间并联有第二二
\t极管，第二二极管的阳极与发射极相连，第二二极管的阴极与集电极相连。4.一种降压型AC―DC变换器的拓扑结构，包括输入交流电源，单相整流桥，LC滤波器和负载，所述单相整流桥具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入交流电源的两个输出端分别连接至单相整流桥的第一输入端和第二输入端；所述LC滤波器包括电感L1和电容C1，所述单相整流桥包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1的阳极与二极管D3的阴极相连接于单向整流桥的第一输入端，二极管D2的阳极与二极管D4的阴极相连接于单向整流桥的第二输入端，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极相连接于第一输出端，二极管D3的阳极与二极管D4的阳极相连接于第二输出端，其特征在于：所述拓扑结构设有辅助校正器，降压型DC-DC变换器和控制器，所述辅助校正器包括电感L3和开关管Q2，所述降压型DC-DC变换器包括电感L2、开关管Q1、二极管D5和电容C2，所述控制器包括输入端信号、PI调节器、限幅装置、比较器、第一驱动器和第二驱动器，所述输入端信号与PI调节器的综合输入端相连，PI调节器的输出端与限幅装置的输入端相连，限幅装置的输出端与比较器的正输入端相连，比较器的输出端与第一驱动器和第二驱动器相连；所述单相整流桥的第一输出端与LC滤波器的电感L1的一端相连接，所述电感L1的另一端与电容C1的一端、电感L3的一端、开关管Q1的集电极相连接于节点e，所述开关管Q1的发射极与二极管D5的阴极、电感L2的一端相连接于节点g，所述电感L2的另一端与电容C2的一端、负载的一端相连接于节点f，所述单相整流桥的第二输出端与电容C1的另一端、开关管Q2的发射极、二极管D5的阳极、电容C2的另一端、负载的另一端相连接于节点d，所述开关管Q2的集电极与电感L3的另一端相连；所述开关管Q1的控制极与第一驱动器相连接，所述开关管Q2的控制极与第二驱动器相连接；所述电感L1的任意一侧设有检测元件，该检测元件的输出端连接至控制器的PI调节器的综合输入端。5.一种降压型AC―DC变换器的拓扑结...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国呈，周勤利，顾红兵，
申请(专利权)人：常州钜特工业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32