三路正向电压输出单级无桥CukPFC变换器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种三路正向电压输出单级无桥Cuk PFC变换器及其控制方法。相比于传统Cuk PFC变换器，该变换器完全消除了二极管整流桥，仅采用单个输入电感，电感利用率高，可实现可靠的三路正向电压输出，解决了Cuk拓扑的反向电压输出问题，且不存在各路的交叉影响。工作于DCM模式下，可使输入电流自然跟踪输入电压，实现单位功率因数，具有高效率、高功率密度、高可靠性的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三路正向电压输出单级无桥CukPFC变换器及其控制方法，适用于低压小功率场合，属于电力电子变换器

技术介绍
随着电力电子技术的发展，大量的电力电子产品得到应用，电力系统的谐波污染问题便受到广泛关注。功率因数校正变换器作为一种将交流电转变为直流电的电力电子变换装置，在实现单位功率因数的同时实现电压的调节变换，在不间断电源系统、电子仪器仪表、各类工业控制设备、LED照明等诸多领域起着关键作用。传统的BoostPFC由于Boost电路的固有特性，只能实现升压变换，要得到低压输出则需要级联DC-DC变换器实现降压调节，效率低、成本高。若采用BuckPFC单级实现，需解决输入电压低于输出电压而产生的死区问题，且BuckPFC输入电流不连续，影响功率因数的提高。CukPFC与其他拓扑结构相比较，存在如下优点：因其存在输入输出电感，使输入输出电流均连续、THD小，减小了滤波器体积，开机及过载时可抑制浪涌电流，较低的EMI影响等等。而传统的整流桥+CukPFC变换器，前端整流桥的导通损耗在很大程度上降低了变换器的效率，尤其是在低压输入时。想要提高变换器的效率，减少导通损耗，电流流通路径中的功率器件数目必须减少。由此，消除前端二极管整流桥是提高整机效率的首要环节。同时在各类电子仪器仪表以及工控设备中，往往需要多电压等级输出，传统的做法是前级PFC变换器级联多个DC-DC变换器的两级变换，这种方式效率低、成本高。直接由PFC单级实现多路输出的研究尚不多见，为此，研究具备高效率、高功率因数、多路输出的单级无桥功率因数校正变换器具有重要意义。专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种三路正向电压输出单级无桥CukPFC变换器及其控制方法，以克服现有技术中存在的缺陷。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种三路正向电压输出单级无桥CukPFC变换器，包括：电网电压Vac、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3，第一电容C1、第二电容C2、第三电容Co1、第四电容Co2、第五电容Co3，第一开关管Qm1、第二开关管Qm2、第三开关管Qs1、第四开关管Qs2、第五开关管Qs3，第一二极管Dm1、第二二极管Dm2、第三二极管Ds1、第四二极管Ds2、第五二极管Ds3；所述第一电感L1的一端接入交流电网电压Vac的一端，所述第一电感L1的另一端分别与所述第一开关管Qm1的源极以及所述第一电容C1的一端连接；所述电网电压Vac的另一端与所述第二开关管Qm2的源极以及第二电容C2的一端连接；所述第一电容C1的另一端分别与所述第一二极管Dm1的阴极以及第二电感L2的一端连接；所述第二电容C2的另一端分别与所述第二二极管Dm2的阴极以及所述第三电感L3的一端连接；所述第二电感L2的另一端分别与所述第三电感L3的另一端、所述第三开关管Qs1的漏极、所述第四开关管Qs2的漏极以及所述第五开关管Qs3的漏极连接；所述第三开关管Qs1的源极与所述第三二极管Ds1的阳极连接；所述第四开关管Qs2的源极与所述第四二极管Ds2的阳极连接；所述第五开关管Qs3的源极与所述第五二极管Ds3的阳极连接；所述第三二极管Ds1的阴极分别与所述电容Co1的一端以及第一负载R1的一端连接；所述第四二极管Ds2的阴极分别与所述第四电容Co2的一端以及第二负载R2的一端连接；所述第五二极管Ds3的阴极分别与所述第五电容Co3的一端以及第三负载R3的一端连接；所述第一开关管Qm1的漏极、所述第二开关管Qm2的漏极、所述第一二极管Dm1的阳极、所述第二二极管Dm2的阳极、所述第三电容Co1的另一端、所述第四电容Co2的另一端、所述第五电容Co3的另一端、所述第一负载R1的另一端、所述第二负载R2的另一端、所述第三负载R3的另一端连接，并接地；所述第一开关管Qm1至所述第五开关管Qs3的栅极分别对应连接控制信号。进一步的，还提供一种三路正向电压输出单级无桥CukPFC变换器的控制方法，所述第一开关管Qm1以及所述第二开关管Qm2为电网电压正负半周控制管，所述第三开关管Qs1、所述第四开关管Qs2以及所述第五开关管Qs3为分时复用控制管；当变换器工作于DCM模式时，所述交流电网电压Vac各路输出电压分别与各路对应的预设参考电压进行比较后得到误差电压，分别经PI调节后，再分别与锯齿波信号Vsaw进行调制，产生对应的脉冲信号C1、C2以及C3，并作为所述第一开关管Qm1或第二开关管Qm2的驱动信号；还提供一CLK信号，该CLK信号经三分频后产生三分之一开关频率的分频信号作为所述第三开关管Qs1的驱动信号Vs1，再分别延迟三分之一、三分之二开关频率后产生的分频信号分别对应作为所述第四开关管Qs2、所述第五开关管Qs3的驱动信号Vs2、Vs3；同时驱动信号Vs1、Vs2、Vs3作为一信号选择器的输入，并确定一开关周期内，所述第一开关管Qm1以及所述第二开关管Qm2的PWM脉冲信号C1、C2或C3；所述信号选择器的输出再经电网正负半周判断后，输出对应的占空比信号至所述第一开关管Qm1或所述第二开关管Qm2。进一步的，在本专利技术一实施例中，包括如下工作模态：第一电网电压正半周工作模态：所述第二开关管Qm2以及所述第一开关管Qm1的体二极管导通，所述第一二极管Dm1、所述第二二极管Dm2截止，所述第一电感L1电流线性增加，所述第二电容C2向所述第三电感L3放电，所述第三电感L3电流线性增加；第二电网电压正半周工作模态：所述第二开关管Qm2关断，所述第一开关管Qm1的体二极管导通，所述第一二极管Dm1截止，所述第二二极管Dm2开始导通，所述第一电感电感L1电流线性减小，所述第二电容C2充电，所述第三电感L3电流线性减小；第三电网电压正半周工作模态：此模态开始于所述第二二极管Dm2关断时刻；在此模态中，所述第二开关管Qm2截止，所述第一开关管Qm1的体二极管导通，所述第一二极管Dm1截止，所述第一电感L1和所述第三电感L3相当于电流源，其两端稳态电压均为零；所述第二电容C2充电，所述第三电容Co1至所述第五电容Co3分向对应负载放电；第一电网电压负半周工作模态：所述第一开关管Qm1以及所述第二开关管Qm2的体二极管导通，所述第一二极管Dm1、所述第二二极管Dm2截止，所述第一电感L1电流线性增加，所述第一电容C1向所述第二电感L2放电，所述第二电感L2电流线性增加；第二电网电压负半周工作模态：所述第一开关管Qm1关断，所述第二开关管Qm2的体二极管导通，所述第二二极管Dm2截止，所述第一二极管Dm1开始导通，所述第一电感L1电流线性减小，所述第一电容C1充电，所述第二电感L2电流线性减小；第三电网电压负半周工作模态：此模态开始于所述第一二极管Dm1关断时刻；在此模态中，所述第一开关管Qm1截止，所述第二Qm2的体二极管导通，所述第二二极管Dm2截止，所述第一电感L1和所述第二电感L2相当于电流源，其两端稳态电压均为零；所述第一电容C1充电，所述第三电容Co1至所述第五电容Co3分向对应负载放电。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的一种三路正向电压输出单级无桥CukPFC变换器及其控制方法，完全消除了二极管整流桥，仅采用单个输入电感，电感利用率高，通态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三路正向电压输出单级无桥CukPFC变换器，其特征在于，包括：电网电压Vac、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3，第一电容C1、第二电容C2、第三电容Co1、第四电容Co2、第五电容Co3，第一开关管Qm1、第二开关管Qm2、第三开关管Qs1、第四开关管Qs2、第五开关管Qs3，第一二极管Dm1、第二二极管Dm2、第三二极管Ds1、第四二极管Ds2、第五二极管Ds3；所述第一电感L1的一端接入交流电网电压Vac的一端，所述第一电感L1的另一端分别与所述第一开关管Qm1的源极以及所述第一电容C1的一端连接；所述电网电压Vac的另一端与所述第二开关管Qm2的源极以及第二电容C2的一端连接；所述第一电容C1的另一端分别与所述第一二极管Dm1的阴极以及第二电感L2的一端连接；所述第二电容C2的另一端分别与所述第二二极管Dm2的阴极以及所述第三电感L3的一端连接；所述第二电感L2的另一端分别与所述第三电感L3的另一端、所述第三开关管Qs1的漏极、所述第四开关管Qs2的漏极以及所述第五开关管Qs3的漏极连接；所述第三开关管Qs1的源极与所述第三二极管Ds1的阳极连接；所述第四开关管Qs2的源极与所述第四二极管Ds2的阳极连接；所述第五开关管Qs3的源极与所述第五二极管Ds3的阳极连接；所述第三二极管Ds1的阴极分别与所述电容Co1的一端以及第一负载R1的一端连接；所述第四二极管Ds2的阴极分别与所述第四电容Co2的一端以及第二负载R2的一端连接；所述第五二极管Ds3的阴极分别与所述第五电容Co3的一端以及第三负载R3的一端连接；所述第一开关管Qm1的漏极、所述第二开关管Qm2的漏极、所述第一二极管Dm1的阳极、所述第二二极管Dm2的阳极、所述第三电容Co1的另一端、所述第四电容Co2的另一端、所述第五电容Co3的另一端、所述第一负载R1的另一端、所述第二负载R2的另一端、所述第三负载R3的另一端连接，并接地；所述第一开关管Qm1至所述第五开关管Qs3的栅极分别对应连接控制信号。...

【技术特征摘要】
1.一种三路正向电压输出单级无桥CukPFC变换器，其特征在于，包括：电网电压Vac、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3，第一电容C1、第二电容C2、第三电容Co1、第四电容Co2、第五电容Co3，第一开关管Qm1、第二开关管Qm2、第三开关管Qs1、第四开关管Qs2、第五开关管Qs3，第一二极管Dm1、第二二极管Dm2、第三二极管Ds1、第四二极管Ds2、第五二极管Ds3；所述第一电感L1的一端接入交流电网电压Vac的一端，所述第一电感L1的另一端分别与所述第一开关管Qm1的源极以及所述第一电容C1的一端连接；所述电网电压Vac的另一端与所述第二开关管Qm2的源极以及第二电容C2的一端连接；所述第一电容C1的另一端分别与所述第一二极管Dm1的阴极以及第二电感L2的一端连接；所述第二电容C2的另一端分别与所述第二二极管Dm2的阴极以及所述第三电感L3的一端连接；所述第二电感L2的另一端分别与所述第三电感L3的另一端、所述第三开关管Qs1的漏极、所述第四开关管Qs2的漏极以及所述第五开关管Qs3的漏极连接；所述第三开关管Qs1的源极与所述第三二极管Ds1的阳极连接；所述第四开关管Qs2的源极与所述第四二极管Ds2的阳极连接；所述第五开关管Qs3的源极与所述第五二极管Ds3的阳极连接；所述第三二极管Ds1的阴极分别与所述电容Co1的一端以及第一负载R1的一端连接；所述第四二极管Ds2的阴极分别与所述第四电容Co2的一端以及第二负载R2的一端连接；所述第五二极管Ds3的阴极分别与所述第五电容Co3的一端以及第三负载R3的一端连接；所述第一开关管Qm1的漏极、所述第二开关管Qm2的漏极、所述第一二极管Dm1的阳极、所述第二二极管Dm2的阳极、所述第三电容Co1的另一端、所述第四电容Co2的另一端、所述第五电容Co3的另一端、所述第一负载R1的另一端、所述第二负载R2的另一端、所述第三负载R3的另一端连接，并接地；所述第一开关管Qm1至所述第五开关管Qs3的栅极分别对应连接控制信号。2.一种基于权利要求1所述的三路正向电压输出单级无桥CukPFC变换器的控制方法，其特征在于，所述第一开关管Qm1以及所述第二开关管Qm2为电网电压正负半周控制管，所述第三开关管Qs1、所述第四开关管Qs2以及所述第五开关管Qs3为分时复用控制管；当变换器工作于DCM模式时，所述交流电网电压Vac各路输出电压分别与各路对应的预设参考电压进行比较后得到误差电压，分别经PI调节后，再分别与锯齿波信号Vsaw进行调制，产生对应的脉冲信号C1、C2以及C3，并作为所述第一开关管Qm1或第二开关管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王武，林贤麟，阮慧珊，林琼斌，蔡逢煌，柴琴琴，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35